Demonstracja Recyklera CO2

Badacze z Sandia National Laboratories z powodzeniem zademonstrowali prototypową maszynę, która wykorzystuje energię słoneczną do przekształcania wody i dwutlenku węgla w molekularne elementy budulcowe, z których składają się paliwa transportowe. ten Słońce do benzyny System może ostatecznie okazać się praktycznym sposobem recyklingu CO₂ z elektrowni i zakładów przemysłowych na benzynę, olej napędowy i paliwo do silników odrzutowych, zakładając, że proces ten może stać się co najmniej dwa razy bardziej wydajny niż naturalna fotosynteza.

Słońce do gazu syntezowego: Ten prototyp, znany jako CR5, został zaprojektowany przez badaczy z Sandii, aby za pomocą skoncentrowanej energii słonecznej przekształcać dwutlenek węgla w tlenek węgla lub wodę w wodór. Tlenek węgla i wodór można później połączyć w celu wytworzenia gazu syntezowego, elementu budulcowego większości paliw transportowych. Pierwszy działający prototyp, pokazany powyżej, wykazał, że proces działa, ale trwają prace nad zwiększeniem jego wydajności.

Do niedawna system był weryfikowany w laboratorium tylko w małych partiach. Tej jesieni pomyślnie przetestowano ręcznie zbudowaną maszynę demonstracyjną. To pierwszy w swoim rodzaju prototyp, który oceniamy, mówi badacz z Sandii Rich Diver, wynalazca urządzenia.

W perspektywie krótkoterminowej postrzegamy to jako alternatywę dla sekwestracji, mówi James Miller, inżynier chemik z Laboratorium zaawansowanych materiałów Sandia . Miller mówi, że zamiast pompować CO2 pod ziemię w celu stałego magazynowania, obfitą energię słoneczną można wykorzystać do uzyskania odwróconego spalania, które zasadniczo zamienia dwutlenek węgla z powrotem w paliwo. Jest to produktywne wykorzystanie CO2, który można wychwycić z elektrowni węglowej, browaru i podobnych skoncentrowanych źródeł.

Cylindryczna metalowa maszyna, zwana rekuperatorem reaktora z przeciwbieżnym pierścieniem (CR5), wykorzystuje skoncentrowane ciepło słoneczne do wywołania reakcji termochemicznej w bogatym w żelazo materiale kompozytowym. Materiał jest przeznaczony do uwalniania cząsteczki tlenu po wystawieniu na działanie ekstremalnego ciepła, a następnie odzyskiwania cząsteczki tlenu po ostygnięciu.

Maszyna jest zaprojektowana z komorą po każdej stronie. Jedna strona jest gorąca, druga chłodna. Przez środek przebiega zestaw 14 przypominających frisbee pierścieni obracających się z jednym obrotem na minutę. Zewnętrzna krawędź każdego pierścienia jest wykonana z kompozytu tlenku żelaza podtrzymywanego przez osnowę cyrkonową. Naukowcy używają koncentratora słonecznego do podgrzania wnętrza jednej komory do 1500 º C, powodując, że tlenek żelaza po jednej stronie pierścienia oddaje cząsteczki tlenu. Gdy uszkodzona strona pierścienia obraca się do przeciwległej komory, zaczyna się ona schładzać i wpompowywany jest dwutlenek węgla. To chłodzenie umożliwia tlenku żelaza wykradanie cząsteczek tlenu z CO₂, pozostawiając tlenek węgla. Proces jest ciągle powtarzany, zamieniając dopływ CO2 w wychodzący strumień tlenku węgla.

Miller twierdzi, że ten sam proces można wykorzystać do produkcji wodoru, z tą tylko różnicą, że do drugiej komory pompowana jest woda zamiast dwutlenku węgla. Miller mówi, że dwa oddzielnie odzyskiwane gazy – wodór i tlenek węgla – są następnie mieszane razem w celu wytworzenia gazu syntezowego, który można wykorzystać do zastąpienia tradycyjnych paliw.

Nurek pierwotnie zaprojektował maszynę z myślą o gospodarce wodorowej. Pomysł polegał na tym, aby uniknąć nieefektywności elektrolizy i zamiast tego zbudować słoneczny silnik cieplny, który mógłby bezpośrednio wytwarzać wodór i tlen, odcinając energię elektryczną jako pośrednik. Takie podejście stosują również naukowcy z Japonii, Francji i Niemiec.

Jednak zespół Sandia wkrótce zdał sobie sprawę, że ten sam proces może przekształcić CO2 w tlenek węgla. Nawet jeśli gospodarka wodorowa nie wystartowała, nadal mieli sposób, aby paliwa, od których jesteśmy dziś zależni, ograniczały wpływ spalania węgla i gazu ziemnego na energię elektryczną i inne procesy przemysłowe.

Diver mówi, że wyzwaniem jest teraz poprawa wydajności systemu. Jeśli zespół Sandii może wykazać się wyższą wydajnością, może to być znaczący krok naprzód, powiedział Władimir Krstic , dyrektor Centrum Produkcji Zaawansowanej Ceramiki i Nanomateriałów na Queen's University w Kingston, Ontario.

Naukowcy szacują, że upłynie 15 do 20 lat, zanim technologia będzie gotowa do wprowadzenia na rynek. W międzyczasie celem jest opracowywanie co trzy lata prototypu nowej generacji, który wykazuje wzrost wydajności konwersji energii słonecznej na paliwo i spadek kosztów. Część tego będzie pochodzić z opracowania nowych kompozytów ceramicznych, które uwalniają cząsteczki tlenu w niższych temperaturach, umożliwiając przekształcenie większej ilości energii słonecznej w wodór lub tlenek węgla.

Naszym krótkoterminowym celem jest osiągnięcie kilkuprocentowej wydajności, mówi Miller. To może wydawać się mało, ale lubimy porównywać to do fotosyntezy, która w rzeczywistości jest bardzo nieefektywnym sposobem wykorzystania światła słonecznego.

Twierdzi, że teoretyczna maksymalna wydajność fotosyntezy wynosi około 5 procent, ale w rzeczywistości spada do około 1 procenta. Może więc zaczynamy bardzo nisko, ale chcielibyśmy zachować to w kontekście tego, co musimy pokonać. Ostatecznie uważamy, że musimy osiągnąć 10-procentowy stopień przemiany światła słonecznego w paliwo, a daleko nam do tego.

ukryć