3 декабря, 2021

zhukvesti

Находите все последние статьи и смотрите телешоу, репортажи и подкасты, связанные с Россией.

Исследователи демонстрируют полную добычу углеводородов за счет солнечной энергии.

Увеличить / Любая из двух реакционных камер (нижняя) может быть нацелена на сфокусированный солнечный свет.

ETH Цюрих

связывание углерода. производство водорода. Синтетическое топливо. Все эти технологии были предложены в качестве потенциальных ресурсов для преодоления кризисов, вызванных выбросами углекислого газа. Хотя они работали в небольших демонстрациях, большинство из них не продемонстрировали свою способность масштабироваться для предоставления необходимых нам экономических решений.

Между тем группа европейских исследователей рассматривает эти методы как часть единой, сплоченной производственной платформы, переходящей от солнечного света и воздуха к керосину. Благодаря небольшой установке на крыше лаборатории в Цюрихе, команда производила небольшое количество различных видов топлива, используя несколько зеркал и несколько реакционных камер. Хотя весь производственный процесс также должен быть масштабируемым, исследователи полагают, что платформа может подпитывать всю промышленность коммерческого авиалайнера, используя небольшую часть земли в пустыне.

операция

Процесс превращения воздуха в топливо состоит всего из трех этапов. Первый — это разделение неочищенных компонентов, особенно диоксида углерода и воды. Для этого используется небольшая торговая единица из отделения ETH в Цюрихе; Устройство использует цикл нагрева / охлаждения и амины, которые поглощают двуокись углерода.2 и ч2O при температуре окружающей среды и выделяется при нагревании. Что наиболее важно, подаваемая вода исключительно чистая и не может конкурировать с другими видами чистой воды.

Оттуда материал отправляется в другое устройство, которое преобразует его в окись углерода и водород, снова используя цикл нагрева / охлаждения. В процессе используется оксид церия, который частично разлагается и выделяет кислород при высоких температурах. Вернувшись к температуре окружающей среды, церий будет удалять кислород из любого источника (воды или углекислого газа), в котором он находится. Высокая температура, необходимая для запуска этого процесса, обеспечивается массивом зеркал, которые фокусируют падающий солнечный свет, причем реакционная камера достигает максимума при более чем 5000 солнцах во время нагрева. Нагрева достаточно для одновременной работы двух из этих реакционных камер — одной для воды и одной для углекислого газа — за счет смещения фокуса зеркал вперед и назад.

READ  Метеоритный дождь Леонид 2021: когда вы увидите больше всего падающих звезд

Образующиеся монооксид углерода и водород отправляются во вторую реакционную камеру, где коммерческий катализатор на основе меди может преобразовать их в топливо, такое как метанол или керосин, при этом выход реакции определяется точной смесью материалов, установленных на месте. Этот шаг требует высокого давления и высоких температур.

Система не является полностью автономной. Клапаны нужно открывать и закрывать, а газы нужно сжимать. Но было бы относительно тривиально подключить фотоэлектрическую панель и батарею для решения этих задач. Тепло, используемое на первом и последнем этапах, также может быть получено путем отвода отходящего тепла от более высоких температур, используемых на среднем этапе.

В очень маленьких масштабах, используемых здесь, процесс был очень медленным. В течение одного дня при семи часах благоприятного солнечного света установка произвела 32 миллилитра метанола, который был смешан с водой в качестве основного загрязнителя. Чередование реакционной смеси позволило получить керосин, который намного легче отделить. По сравнению с загрязнителями, обнаруженными в керосине, полученном из ископаемого топлива, результаты здесь были хорошими. В синтетическом керосине отсутствуют химические вещества, содержащие серу и азот, которые вызывают образование сажи и других загрязняющих веществ.

Он расширится?

В целом результаты очевидны: процесс может работать, но он недостаточно продуктивен, чтобы быть значимым в его текущем состоянии, поэтому большая часть статьи посвящена оптимизации и масштабированию. Оптимизация часто сводится к множеству небольших улучшений, таких как более эффективное использование отработанного тепла, чтобы обеспечить подачу всего необходимого тепла от солнечных инверторов. Другие цели включают в себя более совершенные катализаторы и более эффективные средства хранения газов между этапами.

Тогда есть проблема размера. По оценкам исследователей, чтобы обеспечить ежедневный рейс туда и обратно между Нью-Йорком и Лондоном, потребуется 10 зеркальных ферм, которые направляют солнечный свет в реакционные помещения в зоне, которая получает сильный, постоянный солнечный свет. Это означает покрытие зеркалами около 3,8 квадратных километров пустыни. (Для контекста, это примерно четверть площади Калифорнии. Солнечная электростанция Иванпа.)

READ  Консультант НАСА уходит в отставку после того, как запрос на изменение названия телескопа Джеймса Уэбба был отклонен

Для удовлетворения всех потребностей в топливе для коммерческих реактивных двигателей потребуется захватить более половины одного процента поверхности пустыни Сахара. Это означает кусок земли зеркал.

Исследователи предполагают, что мы, вероятно, увидим резкое сокращение затрат, которое наблюдается в других возобновляемых источниках, включая такие технологии, как Концентрация солнечной энергии. Цена на эту зеркальную технологию за последние 15 лет упала на 60%. Но сомнительно, возможны ли те виды снижения цен, которые мы видели с фотоэлектрическими элементами, учитывая значительные материальные затраты на все эти зеркала и связанное с ними оборудование, а также затраты на поддержание их в чистоте.

Обратной стороной является то, что затраты на CSP продолжали снижаться, и, вероятно, большая часть этой экономии будет направлена ​​на подобную теплопроводную химию. Эта базовая концепция — экологически чистая химия на солнечной энергии — может быть адаптирована для производства топлива с более высокой ценностью, чем керосин.

закаливать природу, 2021. DOI: 10.1038 / с41586-021-04174-у (О DOI).