Новини з Оксфорда. Вуглекисле паливо — новий спосіб врятувати навколишнє середовище

Автор журналу Wired Ерік Ніллер описує новий метод виробництва реактивного палива, який теоретично допоможе пригальмувати глобальне потепління.

Останні десять років авіаційна галузь шукала способи скоротити вуглецевий слід літаків, працюючи над проєктами, покликаними компенсувати викиди вуглецю, наприклад, висаджуючи дерева або будуючи вітряні електростанції. Крім того, в аеропортах Сан-Франциско, Чикаго і Лос-Анджелеса, а також Європи почали заправляти літаки більш екологічно чистими альтернативними видами палива.

І ось новий спосіб: команда вчених з Оксфордського університету розробила експериментальний метод перетворення вуглекислого газу (парникового газу, що виділяється двигунами внутрішнього згоряння) в реактивне паливо. У разі успіху метод, заснований на хімічній реакції заліза, може привести до "нульових викидів" літаків.

Експеримент, про який сьогодні повідомив журнал Nature Communications, проводився в лабораторних умовах, і ще потрібно підтвердження у великих масштабах. Однак інженери-хіміки, які розробили метод, сподіваються, що він може змінити правила кліматичної гри.

"Клімат змінюється все швидше, викиди вуглекислого газу колосальні, — зазначає старший науковий співробітник хімічного факультету Оксфордського університету і автор статті Тяньцунь Сяо. — Інфраструктура для створення вуглеводневого палива вже є. Цей процес може допомогти знизити темпи зміни клімату і використовувати існуючу вуглецеву інфраструктуру для сталого розвитку".

Під час горіння викопних видів палива, нафти або природного газу, вуглеводні, що містяться в них, перетворюються на вуглекислий газ, при цьому виділяються вода і енергія. В рамках експерименту за допомогою так званого методу органічного спалювання відбувається зворотне перетворення вуглекислого газу на паливо. Нагрівши до 350 градусів за Цельсієм лимонну кислоту, водень і каталізатор із заліза, марганцю і калію, вчені змогли створити рідке паливо, яким можна заправляти реактивний двигун. Експеримент проводився в реакторі з нержавіючої сталі, і вчені отримали всього кілька грамів речовини.

У лабораторії вуглекислий газ брали з каністри. Однак ідея адаптації концепції поза лабораторією полягає в тому, щоб вловлювати велику кількість парникових газів або на заводі, або безпосередньо з повітря. Вуглекислий газ — найпоширеніший з парникових газів, через які зростає температура на планеті. Він виділяється на фабриках, автомобілями, в результаті спалювання деревини, у тому числі під час лісових пожеж або заготовки нових сільськогосподарських земель. Вилучення його з атмосфери може допомогти призупинити глобальне потепління. Обсяги викидів вуглецю стрімко росли останні десятки років, у зв'язку з чим вже до кінця століття температура на планеті може вирости в середньому на 2 градуси за Цельсієм.

За словами Сяо і його колег, новий метод дешевший за існуючі, за допомогою яких в паливо перетворюють водень і воду (гідрогенізація). Дешевший він в основному через менше споживання електроенергії. Сяо планує встановити паливну установку для реактивних двигунів поруч зі сталеливарним або цементним заводом або вугільною електростанцією і вловлювати надлишки вуглекислого газу для виробництва палива. Також може застосовуватися і висмоктування вуглекислого газу з атмосфери, відоме як пряме захоплення повітря. За словами авторів, каталізатора, який необхідний для виконання цього завдання, на Землі в достатку і для його використання потрібно пройти менше етапів, якщо порівнювати з іншими методами синтезу хімічних речовин.

За словами експерта, який не брав участі в експерименті, ця концепція виглядає багатообіцяючою, особливо якщо його автори зможуть зрозуміти, як перейти від вироблення невеликої кількості реактивного палива в лабораторних умовах до виробництва великих обсягів на пілотній паливній установці. "Це щось новеньке і, схоже, може спрацювати, — вважає доцент кафедри машинобудування та хімічної інженерії в Дейтонському університеті Джошуа Хейн. — Більший масштаб — це завжди проблема, коли ви переходите до нього, вас чекають нові сюрпризи. Але в плані довгострокового рішення за ідеєю круговороту вуглецевої економіки, безумовно, може бути майбутнє".

У такому "круговороті вуглецевої економіки" діоксид вуглецю був би і відходом, і джерелом палива. І ще більшим успіхом стане робота заводу з виробництва альтернативного реактивного палива на екологічно чистій енергії вітру або сонця. За словами Оскара Мейєрінка, керівника проєкту з палива майбутнього в SkyNRG (нідерландська компанія, яка виробляє і торгує екологічно безпечним авіаційним паливом для аеропортів), таким чином і реактивне паливо, і джерело вуглекислого газу будуть виходити екологічно безпечним способом.

"Потрібно використовувати поновлювану електроенергію, — говорить Мейєрінк. — Проблема в тому, що якщо ми використовуємо CO2 на сталеливарному заводі, як ми можемо змусити сталеливарний завод стати вуглецево-нейтральним? Ідеальним рішенням було б зробити всі ці галузі стабільнішими і використовувати для прямого захоплення повітря".

Що стосується оксфордського експерименту і нового реактивного палива на основі вуглекислого газу, йому, ймовірно, доведеться змагатися з іншими проєктами, в рамках яких проводяться пошуки альтернативи традиційному реактивному паливу. Ці альтернативні види палива виробляються із сировини, яка складається з твердих побутових відходів, соломи, деревної біомаси і навіть відпрацьованого масла для смаження. Над цим проєктом зараз працює енергетичний гігант British Petroleum.

Сяо, у свою чергу, впевнений, що у нового палива з CO2 є шанс скласти конкуренцію цим альтернативам. Сяо ще 2006 р. заснував компанію з виробництва екологічно чистого палива Oxford Catalysts, яка тепер називається Velocys. У компанії розробляються альтернативні види авіаційного палива для Shell і British Airways на британському підприємстві, з використанням в якості сировини міських відходів, а на заводі в Міссісіпі — дизельне паливо для вантажівок з макулатури і деревини.

За його словами, він уже веде переговори щодо нового методу конверсії діоксиду вуглецю з декількома великими промисловими партнерами. "Тут все добре, — каже він, — але нам потрібно оптимізувати процес і зробити його більш ефективним".