Дизел и керосин от вода, въздух и вятър
Изследователи от Щутгартския университет и университетът в Бейрут разработват синтетични горива от възобновяеми суровини.
Снимка: Universität Stuttgart / ipv
Учени от целия свят търсят нови и достъпни пътища за получаване на „чисти“ горива. Докато автомобилите могат да бъдат на пътя дълго време, захранвани от батерии, едно такова преобразуване е невъзможно например при самолетите или товарните кораби, тъй като батериите за тях биха били твърде тежки и обемни. Решението се намира в синтетично гориво от възобновяеми суровини, което университетите от Щутгарт и Бейрут заедно с двама индустриални партньори разработват в рамките на изследователския проект „PlasmaFuel“. Проектът е спонсориран от немското Министерство на икономиката и енергетиката в рамките на научната инициатива „Енергиен преход в транспорта“ с около 1,2 млн. евро, допълнителни средства предоставят индустриалните партньори.
2СО2 -> 2CO + O2 в основата
Мръсният нефт в дизеловите мотори на корабите причинява една значителна част от емисиите на парниковия ефект по целия свят, турбините на пасажерските и специализираните самолети също допринасят със своята част за високите концентрации на СО2 в атмосферата. Синтетичните горива, които не се произвеждат от фосилни източници, биха били голяма част от постигането на целите за опазване на климата.
За да изработят такова гориво, учените от проекта „PlasmaFuel“ искат да използват въглероден диоксид (СО2) от въздуха или индустриални отпадъчни газове, например от циментената индустрия, излишък от възобновяемо електричество както и водород, получен чрез електролиза. СО2 бива разделен на въглероден оксид (СО) и кислород (О2) в плазмен реактор. В последната стъпка на процеса така нареченият реактор на Фишер-Тропш синтезира въглеводородни вериги като дизел или керосин от въглероден оксид и водород. Така полученото гориво може да бъде заредено директно в кораба или самолета, също както конвенционалните нефтени горива. Посредством интелигентно насочване, както на възможностите за възобновяема енергия, така и на различните етапи от синтезата, процесът може да бъде управляван ефективно.
Партньорски институции по цялата верига на процесите
За прилагане на този подход партньорски институции от цяла Германия и по цялата верига на процесите се обединяват в проекта „PlasmaFuel“: Искрящата идея е предоставена от средната компания MCT Transformatoren GmbH, която е специализирана в плазмените процеси за пречистване на въздуха, за пример за големи кухни или чакални. Институтът за фотоволтаици на университета в Щутгарт с Отдела за системи за съхранение на електрическа енергия използва тази технология за разделяне на CO2 и я развива по-нататък – така нареченият плазмен реактор с диелектрична бариера (DBD).
Здрав, евтин, мащабен
В този плазмен реактор, СО2 постъпва в камера, в която между две електродни плочи се образува плазма. Високата енергия на електроните в плазмата разделят молекулата на въглеродния диоксид на въглероден оксид (СО) и кислород (О2). Институтът за фотоволтаици проучва тук внимателно степента до която промяната на честотата на променливото напрежение оказва влияние върху преобразуването на газа. Предимство на методът е стабилността на функциониране, евтините материали, както и възможността за мащабиране до големи индустриални инсталации.
Полученият по време на процеса високореактивен кислород трябва да бъде изведен от системата. Институтът за фотоволтаици изработва за целта газов дифузионен електрод (GDE), който прави възможно, при ниски температури и околно налягане, килородът да бъде „сортиран“ (отделен) електрохимично и с висока ефективност.
Снимка: Universität Stuttgart / ipv
Процесът
От въглеродния оксид бива произведено горивото с помощта на т. нар. синтеза на Фишер-Тропш в Катедрата на за химично инженерство (КХИ) на университета Бейрут. КХИ проучва какви увреждания могат да бъдат причинени от излишния О2 по време на плазмения процес и как те могат да бъдат намалени. Втората цел на групата е да гарантира, че възможно най-високата част от въглеводородите, получени в синтеза, имат подходяща дължина на веригата. Това се налага, тъй като по-късите въглеводороди са газове и не биха могли да бъдат използвани като гориво. При по-дългите вериги пък се получават восъци, които при някои горива (например керосина) се отстраняват трудно. Необходимата за желания продукт дължина на въглеводородите се намира някъде между двете крайности.
Снимка: Universität Stuttgart / ipv
Стабилизиране на цялата електрическа мрежа
Енергията, необходима за процеса, идва от така наречените излишни енергии, които възникват поради времето при генериране на слънчева и вятърна енергия. Бъдещата централа за гориво „PlasmaFuel“ ще може да стабилизира цялата електрическа мрежа, като изпълнява процесите, когато има повече мощност, отколкото е необходима. За да работи това безпроблемно, всички системи и процеси трябва да бъдат координирани помежду си точно и в реално време. Това изисква прецизен контрол – специалността на Overspeed GmbH & Co. KG в Северна Германия. Обменът на данни вече се провежда в лабораторни мащаби, така че скоро може да бъде осъществено производство.
Статията е превод на публикацията на университета в Щутгарт Diesel und Kerosin aus Wasser, Luft und Wind | Pressemitteilung | 10.02.2021 | Universität Stuttgart (uni-stuttgart.de)
