Паливо з повітря, води та світла Дослідники розробляють кліматичний гас - Знання -
Нова технологія перетворює вуглекислий газ, воду та сонячне світло на газ, що сприяє клімату. Це рішення для бюджетних рейсів?
Досі невирішеною проблемою заходів щодо боротьби зі зміною клімату є повітряні перевезення: у світі в реактивних турбінах спалюється близько шести мільйонів барелів або трохи менше мільярда літрів гасу. І це щодня. Щороку це близько 350 мільярдів літрів, які в даний час виробляються майже виключно з сирої нафти і, отже, сприяють глобальному потеплінню величезною кількістю вуглекислого газу.
Хоча енергетичний перехід щонайменше провіщав у виробництві електроенергії та теплової енергії, в дорожньому русі чи на воді, здається, заміни гасу в найближчі кілька десятиліть не було, принаймні для далеких рейсів, які практично не мали альтернативи. Але зараз Крістіан Саттлер з Німецького аерокосмічного центру (DLR) у Кельні та його колеги хочуть виробляти гас стійко з вуглекислого газу, води та сили сонячного світла.
Tagesspiegel Фон Енергія та клімат
Поступове припинення вугілля, зміна клімату, взаємозв'язок між секторами: брифінг для енергетичного та кліматичного секторів. Для осіб, які приймають рішення та експертів з бізнесу, політики, асоціацій, науки та НУО.
Поки що ця технологія працює лише в літровому діапазоні. "Однак через десять-15 років, здається, можливі промислові заводи, які можуть стабільно виробляти 300 000 літрів гасу на день", - говорить Крістіан Сатлер.
Немає району вирощування біогасу
Це правда, що гас, наприклад, вже отримували стійко з рослин, наприклад. Але просто не вистачає місця для вирощування цих культур. Авіакомпанія "Air New Zealand" десять років тому підрахувала, що десять відсотків площі Нової Зеландії знадобиться для виробництва лише біогазу для внутрішніх повітряних перевезень.
Тому авіаційне паливо з родовища навряд чи практично. Звичайно, існує також можливість використовувати надлишок електроенергії від сонячних та вітрових електростанцій, щоб розділити воду на водень та кисень, а потім переробити водень двоокисом вуглецю в гас та інше рідке паливо. Однак інженери та дослідники знають, що на кожному окремому етапі таких процесів лише частина використаної енергії забезпечує бажаний продукт, і часто набагато більший залишок в принципі втрачається.
Якщо дослідники залишають перший крок, коли електроенергія виробляється з вітру або сонячного світла, і виробляють необхідний водень безпосередньо з сонячної енергії, не проходячи через електрику, вони економлять енергію та витрати однаковою мірою.
Розщеплення води зі світлом
Однак звичайних сонячних променів не вистачає, щоб розділити воду на водень та кисень. "Для цього нам потрібні висока температура і хімічна реакція", - пояснює Крістіан Сатлер. Дослідники DLR можуть повернутися до випробуваних методів. Хімікам відомо кілька сотень реакцій, при яких метали або інші елементи поглинають кисень. У проекті "SUN-to-LIQUID", який спільно фінансується Європейським Союзом та Швейцарією, дослідники з DLR, Швейцарського федерального технологічного інституту (ETH) у Цюріху та інших установ використовують рідкісноземельний метал "Cer".
На початку для кожного атома церію існує атом кисню, в ході реакції цей оксид церію виймає атом кисню з води при дуже високих температурах. Зараз церій має два атоми кисню як партнерів, тоді як з води залишається лише водень. За дуже подібним процесом оксид церію також отримує атом кисню з вуглекислого газу і утворює оксид вуглецю в процесі.
Газ перетворюється на гас
Загалом, гази водень і оксид вуглецю утворюються з водяної пари та вуглекислого газу. Хіміки даремно називають цю суміш «синтез-газом»: рідкі види палива, такі як гас та бензин, можуть отримувати з неї за допомогою «процесу Фішера-Тропша», розробленого в 20-х роках минулого століття та використовуваного в промислових масштабах у різних країнах від Німеччини до ПАР. ".
Зараз дослідники DLR та ETH використовують цей процес з кількома регулюваннями для отримання гасу із синтез-газу на випробувальному заводі, побудованому спеціально для цього в Мостолесі, на південному заході від столиці Іспанії Мадрида.
Дослідники продовжують нагрівати твердий оксид церію, який завантажений великою кількістю додаткового кисню, до приблизно 1500 градусів Цельсія. При цьому виділяється кисень, який можна використовувати як цінну сировину для різних процесів. Потім оксид церію може виробляти подальший синтез-газ. Дослідники генерують високі температури, необхідні для цього, у так званих "сонячних вежах", навколо яких розташовані великі поля з дзеркалами, які фокусують падаюче сонячне світло саме на реактор, вбудований у цю вежу. Дослідники DLR відіграли ключову роль у розробці технології цих сонячних веж з 1980-х років; сьогодні такі системи в Іспанії вже постачають велику кількість сонячної енергії.
Бізнес для регіонів, де інакше цвіте лише тепло
Сонячні вежі найкраще економно експлуатувати в посушливих регіонах світу, де небо переважно безхмарне. В околицях Центральної Європи ідеально підходять південь Іспанії або пустельні райони Північної Африки та Аравійського півострова.
У таких країнах, як Марокко, де сонячні та вітрові електростанції вже широко виробляють електроенергію для власного використання, а також для експорту, такі сонячні вежі можуть виробляти гас для авіації в майбутньому. Але інші посушливі райони, наприклад, у Центральній Азії, Південній Африці, Австралії та Північній та Південній Америці, також підходять.
Навіть у прохолодних регіонах канадської провінції Альберта вже існує така сонячна електростанція в сухих районах, відома як «небідні землі». Для того, щоб вгамувати сьогоднішню гасову спрагу в авіації, навіть не потрібно було б будувати один відсоток відповідних посушливих районів у всьому світі за допомогою таких систем, вважають експерти з “Bauhaus Luftfahrt e. В. “всіх речей. Ця асоціація була заснована спільно Баварією та великими авіаційними компаніями, такими як Airbus та MTU, у 2005 році, і з того часу вона займалася майбутнім мобільності та, насамперед, авіації.
На сьогоднішній день гас коштує 60 центів за літр, 128 центів отримуватиметься із стійкого виробництва
Дослідникам потрібна чиста вода як інгредієнти стійкого гасу, отриманого таким чином. "Ви можете використовувати морську воду або забруднену воду, яка очищається відпрацьованим теплом із системи", - пояснює дослідник DLR Крістіан Саттлер. Другий інгредієнт - вуглекислий газ, який, як кажуть, витягується з повітря. Поки це займало відносно багато часу.
Але дослідники з Інституту технологій Карлсруе (KIT) в даний час розробляють великі системи, які значно здешевлюють цей процес. За десять років ці процеси могли б виробляти близько 300 000 літрів гасу на день на об'єкті, який займає 38 квадратних кілометрів розміром із невелике місто.
Згідно з дослідженням Bauhaus Luftfahrt e.V., літр гасу з таких систем може коштувати 2,23 євро. В. то вартість. За дуже сприятливих умов витрати можуть бути навіть зменшені до 1,28 євро за літр. І якщо побічний продукт кисню можна продати, можливе подальше зменшення витрат.
Оскільки в даний час гас із сирої нафти коштує близько 60 центів за літр, а витрати на паливо складають лише меншу частину витрат на переліт, ціни на квитки повинні лише помірно зростати при переході на стійкий гас із сонячних веж.
"Ми також розвиваємо процес далі", - пояснює дослідник DLR Крістіан Сатлер. Замість оксиду церію для хімічної реакції для видалення кисню з води та вуглекислого газу можуть бути використані інші матеріали, такі як перовскітні мінерали, які містять метали та кисень і є значно дешевшими. "Оксиди сірки, які вже виробляються при видобутку металів з руд, можуть представляти особливий інтерес", - говорить Крістіан Сатлер.
докладніше на цю тему
Біокеросин у повітряному сполученні Стійкий, але дорогий
За допомогою гасу з сонячних веж літаки все ще могли літати в кліматичному майбутньому. Ринок покаже, чи це також уможливить дешеві дешеві рейси.