211service.com
Demonstrerar en CO2-återvinnare
Forskare vid Sandia National Laboratories har framgångsrikt demonstrerat en prototypmaskin som använder solens energi för att omvandla vatten och koldioxid till de molekylära byggstenarna som utgör transportbränslen. De Solsken till bensin Systemet kan i slutändan visa sig vara ett praktiskt sätt att återvinna CO₂ från kraft- och industrianläggningar till bensin, diesel och flygbränsle, förutsatt att processen kan bli minst dubbelt så effektiv som naturlig fotosyntes.
Sol till syngas: Denna prototyp, känd som CR5, designades av Sandia-forskare för att omvandla koldioxid till kolmonoxid, eller vatten till väte, med hjälp av koncentrerad solenergi. Kolmonoxid och väte kan senare kombineras för att producera syngas, en byggsten för de flesta transportbränslen. Den första fungerande prototypen, som visas ovan, har visat att processen fungerar, men ansträngningar pågår för att göra den mer effektiv.
Fram till nyligen hade systemet endast validerats i ett laboratorium i små partier. En handbyggd demonstrationsmaskin testades framgångsrikt i höstas. Det här är en första prototyp i sitt slag som vi utvärderar, säger Sandia-forskaren Rich Diver, uppfinnare av enheten.
På kort sikt ser vi detta som ett alternativ till sekvestrering, säger James Miller, kemiingenjör på Sandias avancerade materiallaboratorium . Istället för att bara pumpa CO2 under jorden för permanent lagring, säger Miller, kan solens rikliga energi användas för att uppnå omvänd förbränning som i huvudsak förvandlar koldioxid tillbaka till ett bränsle. Det är ett produktivt utnyttjande av CO2 som du kan fånga upp från en kolanläggning, ett bryggeri och liknande koncentrerade källor.
Den cylindriska metallmaskinen, kallad Counter-Rotating-Ring Receiver Reactor Recuperator (CR5), är beroende av koncentrerad solvärme för att utlösa en termokemisk reaktion i ett järnrikt kompositmaterial. Materialet är utformat för att ge upp en syremolekyl när den utsätts för extrem värme, och sedan hämta en syremolekyl när den svalnar.
Maskinen är utformad med en kammare på varje sida. Ena sidan är varm, den andra sval. Genom mitten löper en uppsättning av 14 frisbeeliknande ringar som roterar med ett varv per minut. Den yttre kanten av varje ring består av en järnoxidkomposit som stöds av en zirkoniummatris. Forskare använder en solkoncentrator för att värma insidan av en kammare till 1 500 ºC, vilket gör att järnoxiden på ena sidan av ringen avger syremolekyler. När den påverkade sidan av ringen roterar till den motsatta kammaren börjar den svalna och koldioxid pumpas in. Denna kylning gör att järnoxiden kan stjäla tillbaka syremolekyler från CO₂ och lämna kvar kolmonoxid. Processen upprepas kontinuerligt och omvandlar en inkommande tillförsel av CO2 till en utgående ström av kolmonoxid.
Miller säger att samma process kan användas för att producera väte, den enda skillnaden är att vatten, istället för koldioxid, pumpas in i den andra kammaren. De två separat återvunna gaserna – väte och kolmonoxid – blandas sedan ihop för att göra syngas, som kan användas för att göra en drop-in ersättning för traditionella bränslen, säger Miller.
Diver designade ursprungligen maskinen med väteekonomin i åtanke. Tanken var att undvika elektrolysens ineffektivitet och istället bygga en solvärmemotor som kunde producera vätgas och syre direkt, vilket skulle stänga av elektriciteten som mellanhand. Det är ett tillvägagångssätt som också eftersträvas av forskare i Japan, Frankrike och Tyskland.
Men Sandia-teamet insåg snart att samma process kunde förvandla CO2 till kolmonoxid. Även om väteekonomin inte tog fart, hade de fortfarande ett sätt att tillverka de bränslen vi är beroende av idag på ett sätt som begränsar effekten av att bränna kol och naturgas för el och andra industriella processer.
Diver säger att utmaningen nu är att förbättra effektiviteten i systemet. Om Sandia-teamet kan visa högre effektivitet kan det vara ett betydande steg framåt, sa Vladimir Krstic , chef för Center for Manufacturing of Advanced Ceramics and Nanomaterials vid Queen's University i Kingston, Ontario.
Forskare räknar med att det kommer att dröja 15 till 20 år innan tekniken är redo för marknaden. Under tiden är målet att utveckla en ny generation prototyp vart tredje år som visar en ökning av solenergi-till-bränslekonverteringseffektiviteten och en minskning av kostnaden. En del av det kommer från utvecklingen av nya keramiska kompositer som frigör syremolekyler vid lägre temperaturer, vilket gör att mer av solens energi kan omvandlas till väte eller kolmonoxid.
Vårt kortsiktiga mål är att få detta till några procents effektivitet, säger Miller. Det kan verka som en låg siffra, men vi gillar att jämföra det med fotosyntes, som faktiskt är ett väldigt ineffektivt sätt att använda solljus.
Han säger att den teoretiska maximala effektiviteten för fotosyntes är cirka 5 procent, men i den verkliga världen tenderar den att sjunka till cirka 1 procent. Så vi kanske börjar väldigt lågt, men vi vill behålla det i samband med vad vi måste slå. I slutändan tror vi att vi måste komma inom intervallet 10 procent solljus till bränsle, och vi är långt ifrån att göra det.