Регистрация    Войти
Авторизация
» » » » Как получить топливо "из воздуха"?

Как получить топливо "из воздуха"?

Категория: Позиция » Новости Позиция » Наука и IT
Как получить топливо "из воздуха"? Солнце производит больше, чем достаточно энергии для человеческой деятельности, но мы до сих пор не научились ее использовать, отмечает Эрвин Рейснер, профессор энергетики и устойчивого развития в Кембриджском университете.

Он возглавляет группу исследователей, которые пытаются научиться аккумулировать больше этой бесплатной энергии.

Несмотря на то, что солнечные батареи последние годы достигли значительных успехов и становятся дешевле и эффективнее, они способны обеспечивать лишь электроэнергией, а не жидким топливом, которое можно хранить и которое до сих пор пользуется большим спросом.

"Если вы посмотрите на глобальный энергетический портфель и на то, какие есть потребности, электроэнергия покрывает лишь 20-25%. Следовательно, когда мы покроем эти 25%, что делать дальше?" - спрашивает профессор Рейснер.

Его ответ заключается в том, чтобы взглянуть на природу: "Растения - огромное вдохновение, поскольку за миллионы лет они научились использовать солнечный свет и накапливать энергию в энергоносителях.

"Я действительно верю, что искусственный фотосинтез будет частью этого энергетического портфеля в течение следующих двух десятилетий",
- говорит он.

Когда в растениях происходит процесс фотосинтеза, они поглощают воду и углекислый газ и используют солнечный свет, чтобы превратить это сырье углеводами, необходимые для роста.

"Мы хотим воссоздать это, но на самом деле мы не хотим получать углеводы, потому что топливо из них не очень хорошо, поэтому вместо того, чтобы производить углеводы, мы пытаемся сделать что-то более подходящее для использования", - говорит профессор Рейснер.

Еще одна проблема заключается в том, что растения на самом деле не очень хорошо освоили фотосинтез, ведь превращают в топливо лишь около одного-двух процентов солнечной энергии. Министерство энергетики США пришло к выводу, что для того, чтобы искусственный фотосинтез был экономически выгодным, эффективность должна составлять 5-10%.

Команда профессора Рейснера работала над рядом подходов - в частности над системой, имитирующей природный фотосинтез, используя ферменты для расщепления воды и создания водорода для топлива.

Однако ее эффективность все еще низкая, а водород в газообразном состоянии трудно хранить.

Возможно, более перспективной в долгосрочной перспективе является другая недавняя разработка его команды - небольшое устройство, которое превращает солнечный свет, углекислый газ и воду на кислород и муравьиную кислоту, жидкое топливо, имеет высокую удельную энергоемкость.

Устройство состоит из панели, размещенной в емкости с водой и углекислым газом. Под солнечным светом панель высвобождает электроны, которые сочетаются с углекислым газом и протонами в воде, образуя муравьиную кислоту.

"Эти системы похожи на панели или листы. Это очень тонкое устройство - почти как лист бумаги", - говорит профессор Рейснер.

Пожалуй, наибольший прогресс этого устройства заключается в том, что он автономен. Ему не нужны ни внешние источники питания, ни дополнительные катализаторы.
 

Искусственный лист

Искусственный лист содержит панель, которая делает топливо с использованием солнечного света, углекислого газа и воды

Несмотря на трудности, искусственный фотосинтез привлекает большие инвестиции. В США Министерство энергетики недавно объявило о финансировании в размере 100 млн. долларов в течение 5 лет.

Деньги направляются на два отдельных проекта: Center for Hybrid Approaches in Solar Energy to Liquid Fuels (Chase) и Liquid Sunlight Alliance (LISA).

Проект Chase, возглавляемый Университетом Северной Каролины в Чапел-Хилл (UNC), работает над практическими приложениями, подобными устройствами, разработанном в Кембридже, и разрабатывает системы вроде солнечных панелей, которые используют полупроводники для поглощения света, а затем с помощью различных катализаторов превращают углекислый газ в топливо.

Особым направлением исследований, как отмечает заместитель директора Chase профессор Джиллиан Демпси, является концепция каскадных катализаторов. Для того, чтобы превратить углекислый газ в пригодное для использования топливо, необходимо несколько химических реакций - а катализаторы могут одновременно делать только одно.

Американские исследователи изучают использование солнечного света для создания жидкого топлива.

Проект Lisa применяет более теоретический подход, направленный на совершенствование каждого этапа и компонента искусственного фотосинтеза. Потенциальные катализаторы и процессы перед испытанием моделируют на компьютере.

Плохая новость заключается в том, что мы вряд ли в ближайшее время увидим поля, заполненные панелями фотосинтеза. По словам профессора Демпси, до сих пор существуют существенные камни преткновения.

Объединить все технологии в одно целое - это проблема.

"Существуют невероятные научные достижения с точки зрения аккумуляции света, с точки зрения катализа, который создает топливо, и с точки зрения систем управления, - говорит она. "Но интеграция этих отдельных компонентов в систему, способную к искусственному фотосинтезу, является огромным вызовом", - добавляет ученый.

Также трудно, чтобы реакции производили коммерчески выгодное топливо, ведь многие катализаторов, которые могут этого достичь, слишком дорогие или слишком неэффективны для широкомасштабного использования.

Наконец, говорит профессор Демпси, проблема долговечности: "Когда вы имеете дело с постоянным излучением (солнечным светом), Которое может вызвать реакцию, оно может быть очень вредным и разрушительным".

В результате искусственный фотосинтез сих пор не может производить жидкое топливо достаточно дешево, чтобы конкурировать с ископаемым топливом.

"Но динамика может меняться очень быстро", - говорит профессор Рейснер.

"Цена на нефть может измениться, налогообложение может измениться. И когда начнут происходить изменения, в какой-то момент в будущем цена искусственного фотосинтеза снизится, а цена ископаемого топлива возрастет. Вопрос в том, когда эти линии пересекутся", - считает ученый.

"Еще 10 лет назад даже самые оптимистичные прогнозы относительно стоимости фотоэлектрической электроэнергии не соответствовали тому, что есть сейчас. Стоимость снизилась на 85% - это невероятно. Как только заработает эффект масштаба, многое станет возможным. Поэтому я большой оптимист", - заключает он .