Испытан аппарат, превращающий CO2 в топливо
24.11.2009 [12:00], Денис Борн
Исследователи из Национальной лаборатории корпорации Sandia (Sandia National Laboratories) продемонстрировали прототип аппарата, который при помощи солнечной энергии конвертирует воду и углекислый газ в молекулярные блоки, формирующие топливо. Разработка доказывает, что можно не только всеми силами сокращать выбросы CO2 и искать способы их захоронения под землёй, но и пойти более рациональным путём – перерабатывать в бензин, дизельное и авиационное горючее. Утверждается, что процесс потенциально вдвое эффективнее природного фотосинтеза.
До недавнего времени система "Солнечный свет в топливо" ("Sunshine to Petrol", S2P) проверялась лишь в лабораторных условиях с небольшими объёмами веществ. Построенная вручную демонстрационная машина успешно прошла испытания этой осенью. По словам химика Джеймса Миллера (James Miller), в краткосрочной перспективе технология послужит альтернативой другим методам борьбы с обогащением атмосферы CO2. Вместо закачивания одного из парниковых газов в истощённые подземные месторождения природного газа для постоянного хранения будет использоваться более чем достаточное количество солнечной энергии для "обратного окисления", превращающего в конечном итоге углекислый газ обратно в топливо. Больше, чем просто альтернатива.
Действие металлического аппарата цилиндрической формы, названного CR5 (Counter-Rotating-Ring Receiver Reactor Recuperator – реактор рекуперации с обратным вращением колец), основано на применении концентрированного тепла солнечной энергии для инициирования термохимической реакции в богатом железом композитном материале. С двух сторон аппарата имеются две камеры – горячая и холодная. В центре расположены 14 подобных дискам фрисби ("летающие тарелки") колец, совершающих один оборот в минуту. Внешняя грань каждого кольца изготовлена из композитного состава с оксидом железа и циркониевой матрицей. Солнечный концентратор создаёт внутри камеры температуру 1500° С, что заставляет оксид железа с одной стороны кольца отдавать молекулы кислорода. По мере вращения кольца и перемещения нагретой части к противоположной камере она охлаждается, встречаясь с закачиваемым углекислым газом. При понижении температуры материал снова возвращает себе кислород, отбирая его у CO2. В результате остаётся одноокись углерода – СО. Процесс непрерывно повторяется, превращая весь входящий газ в поток угарного газа. Как утверждает Миллер, тот же процесс применим для производства водорода, только вместо CO2 в этом случае во вторую камеру закачивается вода. Два отдельно полученных вещества затем смешиваются в синтетический горючий газ.
Изобретатель машины Рик Дайвер (Rich Diver) изначально задумал её как инструмент экономии водорода. Идея заключалась в преодолении неэффективности электролиза и создании агрегата на солнечном тепле, который мог бы вырабатывать водород и кислород без электричества как посредника. Такую же цель преследовали научные коллективы из Японии, Франции и Германии. Но команда из Sandia осознала, что аналогичный процесс может преобразовывать CO2 в СО. Даже если с экономией водорода ничего не выйдет, будет существовать метод производства топлива с сокращением влияния выбросов от сжигаемых энергетической индустрией угля и природного газа.
По словам Дайвера, текущая задача – увеличить эффективность системы. Однако скорого прихода технологии на рынок ждать не стоит. Учёные предполагают, что разработка будет готова к коммерческому внедрению через 15-20 лет. В течение этого периода планируется демонстрировать прототипы нового поколения CR5 каждые три года. Частично совершенствование будет достигаться разработкой новых керамических композитов, высвобождающих кислород при меньших температурах и конвертирующих больше солнечной энергии в водород и одноокись углерода. Исследователи хотят добиться эффективности хотя бы в несколько процентов. "Цифры могут показаться незначительными, - говорит Миллер, - но мы предпочитаем сравнивать с фотосинтезом, который очень неэффективно использует солнечное излучение". По его данным, теоретический максимум для этого природного процесса – 5%, в реальности же – менее 1%. Предстоит длительная работа над CR5 для достижения преобразования 10% света в топливо.