Saulės šviesa ir CO2 galėtų tapti kuru automobiliams

Sutikime, jog šiltnamio efektą skatinančias dujas išskiriantys tradiciniai automobiliai niekada netaps „žaliais“. Tačiau inovatyvūs kuro gamybos metodai, naudojant Saulės šviesą, galėtų nors truputį sumažinti dabartinių motorizuotų transporto priemonių poveikį aplinkai.

Eksperimentiniai Saulės energija maitinami reaktoriai potencialiai gali būti panaudojami kai kuriems sintetinio skystojo kuro komponentams gaminti. Aišku, juos dar reikia tobulinti, tačiau jie galėtų padėti sumažinti anglies dioksido emisijas, iš esmės nemodifikuojant dabartinių automobilių ir kuro kolonėlių.

Alburquerque (Nju Meksikas) Sandia nacionalinės laboratorijos mokslininkai kuria metodą, kuriuo remiantis anglies pagrindu sudarytas dujas būtų galima perdirbti į sintetinio kuro komponentus. Cerio oksidą naudojanti sistema jau dabar gali konvertuoti CO₂ į anglies monoksidą CO, o vandenį skaidyti į vandenilį ir deguonį.

Heliocentrinės orbitos

Inžinieriai baigia montuoti reaktoriaus veidrodį.

Ilgu pavadinimu „Counter Rotating Ring Receiver Reactor Recuperator“ (CR5) praminta mašina susideda iš dviejų kamerų, kurias skiria besisukantys cerio oksido žiedai. Žiedams sukantis, didelis parabolinis veidrodis koncentruoja Saulės energiją į vieną mašinos pusę. Ši dalis įkaista iki maždaug 1500 °C temperatūros, todėl cerio oksidas pradeda išskirti deguonį į vieną iš aparato kamerų.

Žiedui sukantis toliau, deguonies netekęs žiedas patraukiamas nuo kaitros šaltinio, atvėsinamas ir perkeliamas į kitą kamerą. Tada į ją pradedamos tiekti CO₂ dujos, iš kurių atvėsintas ceris „atima“ deguonies atomus, reakcijos metu suformuodamas anglies monoksidą ir cerio oksidą. Procesas veikia analogiškai ir tuo atveju, kai vietoj CO₂ naudojamas vanduo; šį kartą reakcijos produktas yra vandenilis.

Praėjusių metų pabaigoje atlikti eksperimentai naudojant 14 cerio žiedų reaktorių įrodė, kad toks metodas išties veikia, tačiau dėl nepatikimo mechanizmo visa sistema vieno ciklo metu negalėdavo veikti ilgiau kaip po kelias sekundes.

Didesnė ir geresnė

Tyrinėtojų komanda šiuo metu siekia padidinti patikimumą ir konstruoja didesnį reaktorių, kuris susidės iš 28 cerio žiedų. Sandia laboratorijos degiųjų medžiagų specialistas Džeimsas Mileris (James Miller) teigia, jog aparato našumas didėja proporcingai jo dydžiui.

Kai tik reaktorius galės tiekti stabilų vandenilio ir anglies monoksido srautą, dujas bus galima konvertuoti į sintetinį skystąjį kurą. Tokiam perdirbimui bus panaudotas dar trečiajame praėjusio amžiaus dešimtmetyje Vokietijoje sukurtas Fisher-Tropsch procesas. Jo metu dvi dujos yra kaitinamos naudojant geležies pagrindu sudarytą katalizatorių ir taip gaminamas angliavandenilinis kuras.

Pačioje pradžioje sintetiniam kurui gaminti komanda planuoja panaudoti šiluminių jėgainių išmetamą CO₂. Tačiau galutinis specialistų tikslas – sugebėti panaudoti tiesiogiai iš oro gaunamą CO₂, tačiau atskiro metodo šioms dujoms surinkti iš aplinkos jie nekuria. „Tai taip pat yra labai sudėtinga problema, todėl nusprendėme šiuo metu susitelkti tik ties vienu sunkiu uždaviniu“, – sako Mileris.

Gudrybė su kalciu

Tokie iššūkiai nekelia baimės Ziuriche įsikūrusio Šveicarijos valstybinio technologijų instituto mokslininkui Aldo Steinfeldui (Aldo Steinfeld). Jis kartu su savo komanda jau yra sukūrę sistemą, kuri sugeba iš atmosferos siurbti CO₂ ir taip „maitinti“ sintetinio kuro gamybos procesą. Jų reaktoriuje taip pat naudojamas didelis parabolinis veidrodis, kuriuo Saulės šviesa koncentruojama į vieną iš kamerų. Tačiau šį kartą kameroje patalpinamas kalcio oksidas. Jam pasiekus 400 °C temperatūrą, į kamerą pradedamas tiekti oras, ir šiluma inicijuoja kalcio oksido reakciją su CO₂ – taip susidaro kalcio karbonatas.

Tolesniame etape kalcio karbonatas vėl yra kaitinamas – šį kartą iki 800 °C. Šiame taške iš jo išsiskiria srautas gryno CO₂ ir kalcio oksidas atsistato į savo pirminę būseną. CO₂ srautas yra perduodamas į antrąjį reaktorių. Čia panaudojamas Saulės koncentratorius, kuriuo cinko oksidas įkaitinamas iki 1700 °C temperatūros. Po tokio poveikio cinko oksidas į aplinką išskiria deguonies molekules ir virsta metaliniu cinku. Tada temperatūra sumažinama ir į kamerą paduodamas CO₂ ir vandens garai. Medžiagos reaguoja su grynų cinku, po ko susidaro vandenilis, anglies monoksidas ir vėl gaunamas cinko oksidas. Komanda jau anksčiau yra atlikusi eksperimentus su 10 kilovatų galios įrenginio prototipu ir kitų metų pradžioje ketina išmėginti 100 kilovatų sistemos versiją.

Siekis surasti būdų, kaip panaudoti Saulės energiją kurui sukurti, turėtų būti viena iš prioritetinių švarios energetikos technologijų tyrimų sričių, teigia Kalifornijos Stenfordo universiteto Carnegie instituto Vašingtone mokslininkas Kenas Kaldeira (Ken Caldeira). „Šioje srityje slypi potencialios technologijos, kuriomis priimtina kaina būtų galima sugeneruoti didelį kiekį anglies emisijų nedidinančios energijos. Šią energiją būtų galima panaudoti visur ir bet kada, kai tik iškiltų poreikis energijai, – teigia specialistas. – Tai viena iš tų nedaugelio technologinių sričių, kurios išties galėtų sukelti perversmą ateities energetikoje.“

Parengta pagal: Green machine: Cars could run on sunlight and CO₂ (New Scientist).