Построенный в Испании швейцарскими учеными реактор использует солнечный свет, воду и углекислый газ в качестве исходных материалов для производства керосина. Синтезированное топливо полностью совместимо с существующей авиационной инфраструктурой и может использоваться в качестве топлива для реактивных двигателей.
Зачем синтезировать авиационное топливо
Суть разработки в том, что вместо выкачивания углерода из-под земли и последующего выбрасывания его в атмосферу из сопел двигателей, процесс генерации и сжигания топлива можно зациклить, используя экологически чистую энергию солнца.
Дело в том, что количество CO2, выделяемого при сгорании керосина в реактивном двигателе равно тому же количеству углекислого газа, участвующего в процессе солнечной, назовем ее так, генерации горючего. Это делает полученное топливо нейтральным с точки зрения углеродного баланса, особенно если углекислый газ получать непосредственно из воздуха, что возможно в не слишком отдаленном будущем.
Почему это важно для авиации
Силовые установки, пока еще массово применяемые в автотранспорте (т.е. двигатель внутреннего сгорания, работающие на бензине или дизельном топливе) с технической точки зрения нетрудно перевести на электротягу. Но с самолетами дело обстоит сложнее — достаточно тяжелые батареи ограничивают дальность, время полета и грузоподъемность электрических летательных аппаратов.
Между тем на авиационный сектор приходится около 5% глобальных антропогенных выбросов, вызывающих изменение климата. К примеру, за один рейс из одной части Европы в другую (грубо за 2,5 часа полета) образуется 250 кг углекислого газа в пересчете на пассажира — примерно столько же сам человек производит (выдыхает) CO2 за целый год.
Как в настоящее время производится углеродно-нейтральное топливо
Существует множество способов получения углеродно-нейтрального топлива, но не все из них приемлемы по следующим причинам. Биотопливо, выращенное из кукурузы создает свои собственные выбросы от удобрений и сельхозоборудования. К тому же для данного производства выделяется земля, которая в противном случае могла бы производить продукты питания. Вырубка лесов на дрова или использование древесины в качестве биомассы исключены по очевидным причинам.
Все больше появляется заводов по переработке отходов, мусора и старого растительного масла в газ и жидкое топливо. Но используемый в реакции процесс пиролиза требует много энергии — грязной, либо чистой, но в любом случае той, которую можно было бы использовать где-то еще. При этом исходное сырье зачастую не всегда хорошо отсортировано и получаемое топливо требует дополнительной и энергоемкой очистки, прежде чем оно будет готово отправиться спасать планету в баках Dreamliner’а.
Еще один способ — улавливать углерод непосредственно из других источников выбросов и преобразовывать его в топливо. Например, используя зеленое электричество в процессе электролиза, а затем смешивая полученный водород с окисью углерода для создания синтезированного газа, который затем можно перерабатывать в топливо, но на каждом из этих этапов происходят потери энергии.
Это подводит нас к этой новой, гораздо более простой конструкции, разработанной в высшей технической школе Цюриха (ETH Zurich), которая была построена и испытана в Энергетическом институте IMDEA в Испании.
Пилотный реактор мощностью 50 кВт использует энергию солнечного света, поступающего от 169 рефлекторов, площадью 3 кв.м каждый. Зеркальные панели отслеживают солнце, перенаправляя лучи на приемник, расположенный на вершине 15 метровой башни. Аккумулированный в концентраторе тепловой поток величиной 2500 кВт/кв.м создает температуру в 1450 градусов Цельсия и запускает двухступенчатый термохимический цикл.
Вода и углекислый газ в процессе окислительно-восстановительной реакции в присутствии оксида церия, превращаются в водород и монооксид углерода (СО) или синтетический газ. Далее газ подается на установку преобразования газа в жидкость у основания колонны. Жидкая фаза состоит из 16 % керосина, 40 % дизельного топлива, а также парафиновой фазы с 7 % керосина и 40 % дизельного топлива.
Общий вид установки концентрации солнечной энергии и выработки углеводородного топлива
Схема солнечного реактора для разделения воды и углекислого газа в термохимическом окислительно-восстановительном цикле.
Пористая керамическая структура с подложкой на основе оксида церия
Сколько получается топлива
В общей сложности экспериментальная установка за 9 дней произвела около 5 тысяч литров синтезированного газа, но исследователи не указывают точно, сколько керосина и дизельного топлива получилось после переработки. Однако в настоящее время это не столь принципиально, поскольку синтетическое топливо в любых доступных пропорциях можно смешивать с обычным топливом, каждый литр которого будет снижать суммарное количество выбросов углерода в атмосферу. Сейчас пилотная установка способна преобразовывать в топливо только около 4% солнечной энергии, но команда исследователей говорит, что работает над повышением эффективности до 15-20%.
Источники:
- New Atlas
- Scimex
- Cell
Материал подготовлен дата-центром и веб-студией ITSOFT
