Raziskovalci dokazujejo popolno proizvodnjo ogljikovodikov na sončno energijo

v odlični formi / Osredotočena sončna svetloba je lahko usmerjena na katero koli od dveh reakcijskih komor (spodaj).

ETH Zürich

zajemanje ogljika. Proizvodnja vodika. sintetično gorivo. Vse te tehnologije so bile predlagane kot potencialni viri za spopadanje s krizami, ki jih povzročajo naše emisije ogljikovega dioksida. Čeprav so delali v majhnih pilotnih demonstracijah, večina od njih ni dokazala, da so lahko dovolj velike, da bi zagotovile ekonomične rešitve, ki jih potrebujemo.

Medtem skupina evropskih raziskovalcev predvideva metode kot del enotne koherentne proizvodne platforme, ki se iz sončne svetlobe in zraka premika v kerozin. Zahvaljujoč majhni namestitvi na strehi laboratorija v Zürichu ekipa proizvaja majhne količine različnih goriv z uporabo nekaj ogledal in nekaj reakcijskih komor. Medtem ko bi bil potreben celoten proizvodni proces, da se pokaže, da se lahko poveča, so raziskovalci izračunali, da bi platforma lahko napajala celotno industrijo komercialnih letal z uporabo majhnega dela zemlje v Sahari.

proces

Proces pretvorbe zraka v gorivo vključuje le tri korake. Prvi je ločevanje surovin, natančneje ogljikovega dioksida in vode. To se naredi z uporabo majhne poslovne enote iz odcepljene družbe ETH Zürich; Naprava uporablja cikel ogrevanja/hlajenja in amine, ki proizvajajo CO. absorbira oboje2 in to2O pri temperaturi okolja se pri segrevanju sprostijo. Ključno je, da je dobavljena voda zelo čista in ne tekmuje s številnimi drugimi vrstami uporabe čiste vode.

Od tam se materiali pošljejo v drugo enoto, ki jih pretvori v ogljikov monoksid in vodik, spet z uporabo cikla ogrevanja/hlajenja. Pri postopku se uporablja cerijev oksid, ki se pri visokih temperaturah delno razgradi in sprosti kisik. Če se vrnemo na temperaturo okolja, bo cerij odstranil kisik iz katerega koli vira (vode ali ogljikovega dioksida). Visoko toploto, ki je potrebna za poganjanje tega procesa, zagotavlja niz ogledal, ki usmerjajo prihajajočo sončno svetlobo, pri čemer reakcijska komora pri segrevanju doseže več kot 5000 sonc. Ogrevanje je dovolj, da poganjata ti dve reakcijski komori hkrati – eno za vodo in eno za ogljikov dioksid – s preklopom fokusa ogledala naprej in nazaj.

READ  NASA-in podrobnosti o skrbniku Misija na Luno, Mars, Venero in prizadevanja agencije na Zemlji

Nastala ogljikov monoksid in vodik se pošljeta v drugo reakcijsko komoro, kjer ju lahko komercialni katalizator na osnovi bakra pretvori v goriva, kot sta metanol ali kerozin, pri čemer se reakcijski produkt določi z natančnim mešanjem sestavin. Ta korak zahteva visok tlak in povišano temperaturo.

Sistem ni povsem samozadosten. Ventile je treba odpirati in zapirati, pline pa je treba tlačiti. Toda za te naloge bi bilo relativno trivialno pritrditi fotovoltaično ploščo in baterijo. Toplota, uporabljena za prvo in zadnjo stopnjo, se lahko zagotovi tudi z odvzemom odpadne toplote iz višjih temperatur, uporabljenih v srednji stopnji.

V zelo majhnem obsegu, uporabljenem tukaj, je bil proces precej počasen. Čez dan je naprava ob sedmih urah uporabne sončne svetlobe proizvedla 32 ml metanola, ki je bil pomešan z vodo kot glavnim onesnaževalcem. Preklop dovoljene reakcijske mešanice na proizvodnjo kerozina, ki ga je zelo enostavno ločiti. Rezultati so bili dobri v primerjavi z onesnaževalci, ki so prisotni v kerozinu, pridobljenem iz fosilnih goriv. Sintetični kerozin nima kemikalij, ki vsebujejo žveplo in dušik, kar povzroča saje in druga onesnaževala.

Bo to lestvica?

Na splošno so rezultati jasni: proces morda deluje, vendar ni dovolj produktiven, da bi bil pomemben v svojem trenutnem stanju, zato velik del prispevka obravnava optimizacijo in obseg. Optimizacija je večinoma stvar več manjših izboljšav, kot je boljša izraba odpadne toplote za zagotovitev, da vso potrebno toploto zagotovijo sončni reflektorji. Drugi cilji vključujejo boljše katalizatorje in učinkovitejša sredstva za shranjevanje plinov med fazami.

Potem je tu še vprašanje obsega. Raziskovalci ocenjujejo, da bo za vsakodnevni povratni let med New Yorkom in Londonom potrebnih 10 zrcalnih polj, ki usmerjajo sončno svetlobo v reakcijske komore na območju, kjer je močna in pogosta sončna svetloba. To pomeni, da z ogledali pokrijemo približno 3,8 kvadratnih kilometrov puščave. (Za referenco je približno četrtina velikosti Kalifornije Solarni objekt Ivanpah.)

READ  V Iowi odkrili nov sev COVID-19

Za zadovoljitev vseh potreb po gorivu komercialnega letalstva bi moralo zasedati polovico površine puščave Sahare. in pomeni a zelo ogledal.

Raziskovalci kažejo, da bomo verjetno videli dramatično znižanje stroškov pri drugih obnovljivih virih, vključno s tehnologijami, kot so: koncentriranje sončne energije. Ta tehnologija, ki temelji na zrcalu, je v zadnjih 15 letih povzročila znižanje cen za 60 odstotkov. Vendar je vprašljivo, ali je padec cen, ki smo ga opazili pri fotovoltaiki, verjetno posledica ogromnih stroškov materiala vseh teh ogledal in z njimi povezane strojne opreme ter stroškov vzdrževanja za njihovo čistočo.

Nasprotna stran je, da se stroški sončne energije še naprej znižujejo in veliko teh prihrankov bi verjetno lahko uporabili za kemijo na toplotni pogon, kot je ta. In možno je, da bi lahko ta osnovni koncept – zeleno kemijo na sončno energijo – prilagodili za proizvodnjo goriva z višjo vrednostjo kot kerozin.

Narava, 2021. DOI: 10.1038/s41586-021-04174-y (O DOI)

Mojca Andreja

Nagnjena je k apatiji. Nevidni raziskovalec. Vseživljenjski guru slanine. Potovalni odvisnik. Organizator. "

Related Posts

Dodaj odgovor

Vaš e-naslov ne bo objavljen. * označuje zahtevana polja

Read also x