Углерод это топливо вода

Углеводородное топливо

Углеводородное топливо – это горючее вещество, состоящее из смеси углеводородов (соединений углерода и водорода). К углеводородному топливу относят жидкие нефтяные топлива и горючие газы.

Классическое углеводородное топливо получают из сырой нефти и природного газа, месторождения которых, как правило, находятся рядом друг с другом.

Основное назначение углеводородного топлива – применение в двигателях внутреннего сгорания, ракетных и самолетных двигателях.

Авиационное топливо состоит на 96-99% из углеводородов. От процентного содержания водорода зависит массовая теплота сгорания углеводородного топлива – чем больше водорода содержит углеводородное топливо, тем выше его теплота сгорания. Наибольшей теплотой сгорания из углеводородных горючих газов обладает метан – 50 МДж/кг, поскольку он больше всего содержит водорода (25%). Для сравнения, теплота сгорания реактивного топлива колеблется около значения в 43 МДж/кг.

Состав углеводородного топлива

Авиационные топлива могут состоять из парафиновых, нафтеновых и ароматических углеводородов:

• Парафиновые углеводороды содержат 15-16% водорода,
• Нафтеновые углеводороды – 14%,
• Ароматические углеводороды – 9-12,5%

От углеводородного состава топлива зависит возникновение детонации в двигателе. Топливо, содержащее парафиновые углеводороды, достаточно легко окисляется под воздействием высокой температуры и кислорода, образуя перекиси, что приводит к детонации уже при низкой степени сжатия. Топливо, состоящее из ароматических углеводородов, обладает более высокой детонационной стойкостью, поскольку при окислении такого топлива образование перекисей идет очень медленно. По этой причине ароматические топлива применяют в двигателях с высокой степенью сжатия.

Состав углеводородного топлива имеет очень важное значение для подбора топлив в двигателях реактивной техники, поскольку правильный выбор топлива напрямую влияет на эксплуатационные свойства таких двигателей.

Жидкое углеводородное топливо

Жидкое углеводородное топливо имеет сложный состав, включает большое количество индивидуальных углеводородов. Интересно, что такое топливо не имеет конкретной температуры кипения. Процесс кипения происходит в некотором интервале температур.

Углеводородное топливо является достаточно гигроскопичным, поглощая из воздуха воду и растворяя ее. Степень растворимости атмосферной воды в углеводородном топливе зависит от температуры и химического состава топлива. Наибольшей гигроскопичностью обладает бензол.

Горение углеводородного топлива сопровождается выделением воды и двуокиси углерода. Отличительной особенностью такого топлива является его высокая теплота сгорания, которая зависит от содержания водорода в топливе (см. выше). Только у водорода, бериллия и бора более высокая теплота сгорания, чем у углеводородного топлива. Однако, с точки зрения эксплуатационных свойств, углеводородное топливо даст «сто очков» вперед этим химическим элементам.

Углеводородное топливо сгорает очень быстро, и практически в полном объеме, давая двигателю тепловой заряд высокой плотности за очень короткий отрезок времени. Именно благодаря этим свойствам топливо нашло такое широкое применение в двигателях различных конструкций.

Сжиженное углеводородное топливо

Углеводородное топливо, которое транспортируется в жидком виде, но используется в газообразном, называется сжиженным. Сжиженное углеводородное топливо получило широкое применение в населенных пунктах, где нет централизованной сети подачи природного газа.

В качестве сжиженного углеводородного топлива, как правило, используется метан, который сжижается в процессе охлаждения до -160°C. При такой низкой температуре метан превращается в жидкость, не имеющую ни цвета, ни запаха. Плотность сжиженного метана составляет 0,4-0,5 кг/л (примерно в два раза легче воды). Очень важно, что сжиженный природный газ (СПГ) не воспламеняется и не взрывается, поэтому, его безопасно транспортировать. При нормальной температуре СПГ снова возвращается в газообразное состояние.

В конце минувшего столетия появились первые проекты по использованию СПГ в качестве моторного топлива в двигателях внутреннего сгорания на водном, железнодорожном и автомобильном транспорте.

В настоящее время СПГ получают на специализированных производствах. Сжиженный природный газ уменьшается в объеме в 600 раз. Процесс сжижения идет ступенчато, на каждом этапе газ сжимается в 5-12 раз, после чего охлаждается и отправляется на следующую ступень. Надо признать, что процесс сжижения требует довольно большого расхода энергии, которая составляет примерно четверть от всей энергии, которая содержится в сжиженном газе.

Производства по сжижению природного газа, как правило, располагаются в непосредственной близости с районом добычи природного газа. Сжиженный природный газ хранится в огромных сосудах Дьюара, которые называются криоцистернами. Транспортируют СПГ на специальных морских судах-газовозах, и специальных автомобилях.

Если длина классического газопровода превышает несколько тысяч километров, с экономической точки зрения транспортировать газ на такие большие расстояния выгоднее в сжиженном виде.

Углеводородное топливо из солнца и водяного пара

Современная наука научилась делать настоящие «чудеса». Несколько лет назад, в начале 2016 года американские химики разработали оригинальный метод, при помощи которого получили углеводородное топливо, используя водяной пар и солнечный свет в среде углекислого газа.

Существовавшая ранее технология получения топлива из парниковых газов на солнечном свете была очень громоздкой, требовала дорогих катализаторов, а КПД такого топлива составлял всего 1-2% от затраченной солнечной энергии. Американцам удалось найти менее затратный способ. Ими был изобретен проточный химический реактор, в котором под давлением и при участии концентрированного солнечного света смешивались углекислый газ и водяной пар. В качестве катализатора процесса использовались относительно дешевые титановые белила. Авторы изобретения считают, что в ближайшем будущем их доработанный метод можно будет использовать в коммерческих целях. Производство такого синтетического углеводородного топлива будет конкурентоспособно даже в условиях низкой стоимости нефти.

Источник

Углеводородное топливо: почему оно так популярно в России?

Углеводородное топливо – это горючее вещество, состав которого представлен соединениями углерода и водорода. Его получают из сырой нефти и природного газа. Месторождения, обычно, располагаются рядом друг с другом.

Особо ценится за свойство моментального сгорания, причем, почти в полном объеме, за счет чего высвобождается высокоплотный тепловой заряд.

Физические свойства и виды

Как мы упомянули, углеводородное топливо состоит из смеси углеводородов.

К его разновидностям относят:

• Жидкое нефтяное топливо;
• Горючие природные газы;
• Уголь;
• Горючие сланцы и торф.

Простыми словами – это нефть (из которой получают бензин и солярку), уголь (бурый, каменный, графит) и газ (бутан, пропан, метан, этан и их природные смеси).

От процентного соотношения главных компонентов в составе зависит детонация в двигателе. Например, парафиновые углеводороды (15-16% водорода) очень быстро окисляются, а потому детонируют при низкой степени сжатия. А ароматические (до 12% водорода) более стойкие, поэтому используются в движках с высоким уровнем сжатия. Проще говоря, чем выше процент содержания водорода, тем больше теплота сгорания. Лидером в этом вопросе является горючий газ метан, в котором указанный элемент представляет четверть всей смеси.

Между тем, важно определить и использовать правильный состав, чтобы не ухудшить эксплуатационные свойства конкретного двигателя.

Углеводородное топливо обладает высокой гигроскопичностью, поглощая и растворяя воду из воздуха.

Вспомним два основных вида углеводородного топлива: жидкое и газообразное. Интересным фактом является отсутствие конкретной температуры кипения жидкого состава, выделяют лишь диапазон, в пределах которого данный процесс и протекает.

Отдельно отметим сжиженный природный газ – это газообразное углеводородное топливо, которое транспортируется в жидком виде (для этого его охлаждают до -160° С). В таком виде оно полностью теряет свои детонационные свойства: не воспламеняется, не взрывается. Вернувшись же к нормальной температуре, смесь снова становится газом.

Где применяется?

Главное назначение жидкого углеводородного топлива – применение в качестве горючего в двигателях внутреннего сгорания, а также в авиационных и ракетных двигательных системах.

Также, в населенных пунктах, где нет центрального газоснабжения, широко распространено использование сжиженного углеводородного топлива (СУГ) — метана.

Применение же угля охватывает самые разные сферы: металлургическая промышленность, химическая, энергетическая и др.

Ну что же, мы кратко рассказали про углеводородное топливо, его виды и основное назначение. Далее, давайте озвучим его плюсы и минусы в сравнении с другими источниками энергии.

Плюсы и минусы

Достоинства и недостатки углеводородного топлива сложно сравнивать, настолько они уравновешивают друг друга. Иными словами, у такого горючего минусов ровно столько, сколько плюсов. А потому, пока его дочиста не вычерпают из недр нашей Матушки Земли, никто от него не откажется.

• Высокая температура сгорания, мощная теплоотдача;
• Экономичность применения;
• Добыча приносит гигантскую прибыль. Порой, от нее зависит экономическая мощь целого государства, уровень жизни его граждан;
• Комплексность переработки (что только сегодня не производят из нефтепродуктов…);

1. Это невозобновимый природный ресурс (на его повторное накопление в недрах требуется, по разным оценкам, от 50 до 350 млн. лет);
2. В процессе сгорания выделяется огромное количество углекислого газа, оксидов азота и других вредных компонентов. Все это вредит атмосфере, загрязняет воздух, является главной причиной назревающего парникового эффекта с непредсказуемыми последствиями;
3. Ненужные продукты переработки углеводородного топлива (например, технические масла) губительно влияют на природу и живых существ в воде и воздухе. Токсическое воздействие является главным негативным фактором использования данных энергетических ресурсов.

Итак, десятки миллионов лет останки микроорганизмов зрели в недрах планеты. Без доступа кислорода органические вещества подвергались биохимическим реакциям. В результате, часть перешла в жидкое состояние, часть в газообразное, другая – в твердое. Сегодня углеводородное сырье (нефть, газ и уголь) является важнейшим элементом хозяйственной деятельности любой страны. Однако, сколько веревочке не виться – конец близок. Застанем ли его мы? Поживем, увидим!

Источник

Учёные создали топливо из углекислого газа при помощи нетепловой плазмы

Международная команда исследователей создала одноступенчатый процесс конверсии углекислого газа в топливо при помощи нетепловой плазмы. Новый метод сократит затраты на производство и выбросы углекислого газа в окружающую среду.

Несмотря на исследования в области зелёной экономики и поиск альтернативных источников энергии, потребность человека в углеводородном топливе не снижается. В процессе сжигания и переработки углеводородного топлива в окружающую среду выделяется большое количество углекислого газа (CO₂), избыток которого оказывает сильное воздействие на глобальный климат.

Для использования избыточного CO₂ ещё в начале XX века исследователи разработали способ переработки газа обратно в топливо. Конверсия достигается путём его гидратации методом Фишера-Тропша, для чего необходимы дорогие катализаторы. Процесс переработки проходит в несколько этапов и требует высокой температуры (200—400 ºC) и давления (10—40 ст.атм). Это очень энергозатратно, поэтому исследователи ищут альтернативные способы конверсии и подбирают разные катализаторы.

Команда учёных из Китая и США придумала использовать нетепловую плазму вместе с катализатором оксидом алюминия в методе Фишера-Тропша для сокращения времени на конверсию газа.

Нетепловая плазма представляет из себя газ комнатной температуры с заряженными частицами. Они активируют молекулы углекислого газа и водорода в закрытом реакторе, не требуя при этом повышенных температур и концентрирующего газ давления. Благодаря этому плазма преобразует углекислый газ (CO₂) в монооксид углерода (СО). Взаимодействие СО и водорода (H₂) образует воду (H₂O), метан (CH₄) и углеводороды С₂₊.

Данный метод позволил исследователям получить углеводороды при комнатной температуре (24 ºC) и обычном давлении (1 ст.атм). Таким образом, плазма удешевляет и упрощает синтез CO₂.

Исследователи планируют внедрить технологию в широкое производство и замкнуть производственную цепь, перерабатывая весь выделяемый углекислый газ. По словам учёных, замкнутая цепь не только снизит количество выбросов CO₂ в атмосферу, но и решит проблему с дефицитом топлива.

Источник

Углеродно-нейтральное топливо — Carbon-neutral fuel

• Портал возобновляемой энергии
• Категория

Углеродно-нейтральное топливо — это топливо, которое не вызывает чистых выбросов парниковых газов или углеродного следа . На практике это обычно означает топливо, которое производится с использованием диоксида углерода (CO ₂ ) в качестве сырья . Предлагаемые углеродно-нейтральные топлива можно в широком смысле сгруппировать в синтетические топлива , которые получают путем химического гидрирования диоксида углерода, и биотоплива , которые производятся с использованием естественных процессов потребления CO _2, таких как фотосинтез .

Диоксид углерода, используемый для производства синтетического топлива, может улавливаться непосредственно из воздуха , рециркулироваться из отработавших газов электростанций или получаться из углекислоты в морской воде . Обычные примеры синтетического топлива включают водород , аммиак и метан , хотя более сложные углеводороды, такие как бензин и реактивное топливо , также были успешно синтезированы искусственно. Такие возобновляемые виды топлива не только являются углеродно-нейтральными, но и могут снизить затраты и снизить зависимость от импортируемого ископаемого топлива, не требуя электрификации автопарка или перехода на водород или другие виды топлива, что позволяет сохранить совместимость и доступность транспортных средств. Чтобы быть действительно углеродно-нейтральным, любая энергия, необходимая для этого процесса, должна быть сама по себе углеродно-нейтральной или без выбросов, например, возобновляемые источники энергии или ядерная энергия .

Если при сжигании углеродно-нейтрального топлива происходит улавливание углерода в дымоходе или выхлопной трубе, это приводит к чистым отрицательным выбросам углекислого газа и, таким образом, может представлять собой форму восстановления парниковых газов . Отрицательные выбросы широко считаются неотъемлемым компонентом усилий по ограничению глобального потепления, хотя технологии с отрицательными выбросами в настоящее время не являются экономически жизнеспособными для компаний частного сектора. Углеродные кредиты , вероятно, будут играть важную роль в отношении топлива с отрицательным выбросом углерода.

СОДЕРЖАНИЕ

Производство

Углеродно-нейтральные топлива представляют собой синтетические углеводороды. Они могут образовываться в химических реакциях между углекислым газом, который может улавливаться электростанциями или воздухом, и водородом, который образуется при электролизе воды с использованием возобновляемых источников энергии. Топливо, часто называемое электротопливом , хранит энергию, которая была использована для производства водорода. Уголь также можно использовать для производства водорода, но он не является углеродно-нейтральным источником. Углекислый газ можно улавливать и захоронить, что делает ископаемое топливо углеродно-нейтральным, хотя и не возобновляемым. Улавливание углерода из выхлопных газов может сделать углеродно-нейтральное топливо отрицательным для углерода. Другие углеводороды могут быть расщеплены с образованием водорода и диоксида углерода, которые затем могут храниться, в то время как водород используется для получения энергии или топлива, которое также будет углеродно-нейтральным.

Наиболее энергоэффективным топливом для производства является газообразный водород , который можно использовать в транспортных средствах на водородных топливных элементах, и для производства которого требуется наименьшее количество технологических операций. Водородное топливо обычно получают электролизом воды в процессе преобразования энергии в газ . Затем посредством реакции Сабатье может быть произведен метан, который затем может быть сохранен для последующего сжигания на электростанциях (как синтетический природный газ ), транспортирован по трубопроводу, грузовому автомобилю или танкеру, или может быть использован в процессах газ-жидкость, таких как Процесс Фишера-Тропша для производства традиционных видов топлива для транспорта или отопления.

Есть еще несколько видов топлива, которые можно создать с использованием водорода. Муравьиная кислота, например, может быть получена путем взаимодействия водорода с CO.
2 . Муравьиная кислота в сочетании с CO
2 может образовывать изобутанол .

Метанол можно получить в результате химической реакции молекулы углекислого газа с тремя молекулами водорода с образованием метанола и воды. Сохраненная энергия может быть восстановлена ​​путем сжигания метанола в двигателе внутреннего сгорания с выделением диоксида углерода, воды и тепла. Метан может быть получен аналогичной реакцией. Особые меры предосторожности против утечки метана важны, поскольку метан почти в 100 раз сильнее CO ₂ с точки зрения потенциала глобального потепления . Больше энергии можно использовать для объединения метанола или метана в более крупные молекулы углеводородного топлива.

Исследователи также предложили использовать метанол для производства диметилового эфира . Это топливо можно использовать как замену дизельному топливу из-за его способности самовоспламеняться при высоком давлении и температуре. Он уже используется в некоторых областях для отопления и производства энергии. Он нетоксичен, но должен храниться под давлением. Более крупные углеводороды и этанол также могут быть получены из диоксида углерода и водорода.

Все синтетические углеводороды обычно производятся при температурах 200–300 ° C и давлении от 20 до 50 бар. Катализаторы обычно используются для повышения эффективности реакции и создания желаемого типа углеводородного топлива. Такие реакции являются экзотермическими и используют около 3 моль водорода на моль задействованного диоксида углерода. Они также производят большое количество воды в качестве побочного продукта.

Источники углерода для вторичной переработки

Наиболее экономичным источником углерода для переработки в топливо являются выбросы дымовых газов от сжигания ископаемого топлива, где его можно получить примерно по 7,50 долларов США за тонну. Однако это не является углеродно-нейтральным, поскольку углерод имеет ископаемое происхождение, поэтому он перемещает углерод из геосферы в атмосферу. Улавливание выхлопных газов автомобилей также считается экономичным, но потребует значительных изменений конструкции или модернизации. Поскольку углекислый газ в морской воде находится в химическом равновесии с атмосферным углекислым газом, изучается извлечение углерода из морской воды. Исследователи подсчитали, что извлечение углерода из морской воды будет стоить около 50 долларов за тонну. Улавливание углерода из атмосферного воздуха обходится дороже — от 94 до 232 долларов за тонну и считается непрактичным для синтеза топлива или связывания углерода. Прямой улавливание воздуха менее развито, чем другие методы. Предложения для этого метода включают использование едкого химического вещества для реакции с диоксидом углерода в воздухе с образованием карбонатов . Затем они могут быть расщеплены и гидратированы, чтобы высвободить чистый газ CO ₂ и регенерировать едкий химикат. Этот процесс требует больше энергии, чем другие методы, поскольку концентрация углекислого газа в атмосфере намного ниже, чем в других источниках.

Исследователи также предложили использовать биомассу в качестве источника углерода для производства топлива. Добавление водорода в биомассу уменьшит количество углерода в ней для производства топлива. Преимущество этого метода заключается в использовании растительного вещества для дешевого улавливания углекислого газа. Растения также добавляют к топливу химическую энергию из биологических молекул. Это может быть более эффективным использованием биомассы, чем обычное биотопливо, потому что оно использует большую часть углерода и химической энергии из биомассы вместо того, чтобы выделять столько же энергии и углерода. Его главный недостаток заключается в том, что, как и при обычном производстве этанола, он конкурирует с производством пищевых продуктов.

Затраты на возобновляемую и ядерную энергию

Энергия ветра в ночное время считается наиболее экономичной формой электроэнергии, с помощью которой можно синтезировать топливо, потому что кривая нагрузки для электричества резко достигает пиков в самые теплые часы дня, но ветер имеет тенденцию дуть немного сильнее ночью, чем днем. Таким образом, стоимость ночной ветроэнергетики зачастую намного ниже, чем стоимость любой альтернативы. Цены на ветроэнергетику в непиковые периоды в областях с сильным ветром в США составляли в среднем 1,64 цента за киловатт-час в 2009 году, но только 0,71 цента / кВт-ч в течение наименее дорогих шести часов в день. Как правило, оптовая цена на электроэнергию в течение дня составляет от 2 до 5 центов / кВтч. Коммерческие компании по синтезу топлива предполагают, что они могут производить бензин дешевле, чем нефтяное топливо, когда нефть стоит более 55 долларов за баррель.

В 2010 году группа химиков-технологов во главе с Хизер Уиллауэр из ВМС США подсчитала, что 100 мегаватт электроэнергии могут производить 160 кубометров (41 000 галлонов США) реактивного топлива в день, а производство на судах ядерной энергии будет стоить около 1600 долларов за куб. метр (6 долларов США за галлон). Хотя в 2010 году это примерно вдвое превышало стоимость нефтяного топлива, ожидается, что она будет намного ниже рыночной цены менее чем за пять лет, если последние тенденции сохранятся. Более того, поскольку доставка топлива боевой группе авианосцев стоит около 2100 долларов за кубический метр (8 долларов за галлон), производство кораблей уже намного дешевле.

Уиллауэр сказал, что морская вода — «лучший вариант» в качестве источника синтетического реактивного топлива. К апрелю 2014 года команда Уиллауэра еще не производила топливо в соответствии со стандартом, требуемым для военных самолетов, но в сентябре 2013 года они смогли использовать это топливо для полета на радиоуправляемой авиамодели с обычным двухтактным двигателем внутреннего сгорания. Поскольку для этого процесса требуются большие затраты электроэнергии, вероятным первым этапом реализации будет создание американских авианосцев с ядерными двигателями ( класса « Нимиц» и « Джеральд Р. Форд» ) для производства собственного реактивного топлива. Ожидается, что ВМС США развернут эту технологию где-то в 2020-х годах.

Демонстрационные проекты и коммерческое развитие

Завод по синтезу метана мощностью 250 киловатт был построен Центром солнечной энергии и исследований водорода (ZSW) в Баден-Вюртемберге и Обществом Фраунгофера в Германии и начал работать в 2010 году. Он модернизируется до 10 мегаватт, завершение строительства запланировано на осень. 2012 г.

Завод Джорджа Олаха по переработке углекислого газа, управляемый компанией Carbon Recycling International в Гриндавике , Исландия, с 2011 года производит 2 миллиона литров топлива для транспортировки метанола в год из дымовых газов электростанции Сварценги . Его мощность составляет 5 миллионов литров в год. .

Audi построила завод по производству сжиженного природного газа (СПГ) с нулевым выбросом углерода в Верльте, Германия . Завод предназначен для производства транспортного топлива для компенсации СПГ, используемого в их автомобилях A3 Sportback g-tron , и может удерживать 2800 метрических тонн CO ₂ в год на своей первоначальной мощности.

Коммерческие разработки происходят в Колумбии, Южной Каролине , Камарилло, Калифорния , и Дарлингтоне, Англия . Демонстрационный проект в Беркли, Калифорния, предлагает синтез топлива и пищевых масел из восстановленных дымовых газов.

Удаление парниковых газов

Углеродно-нейтральные виды топлива могут привести к восстановлению парниковых газов, поскольку углекислый газ будет повторно использоваться для производства топлива, а не выбрасываться в атмосферу. Улавливание углекислого газа в выбросах дымовых газов электростанциями устранит их выбросы парниковых газов, хотя при сжигании топлива в транспортных средствах этот углерод будет высвобождаться, потому что нет экономичного способа улавливать эти выбросы. Такой подход снизил бы чистые выбросы углекислого газа примерно на 50%, если бы он использовался на всех электростанциях, работающих на ископаемом топливе. Предполагается, что большинство электростанций, работающих на угле и природном газе, будут экономически модернизированы с помощью скрубберов диоксида углерода для улавливания углерода, рециркуляции выхлопных газов или связывания углерода . Ожидается, что такая переработка не только будет стоить меньше, чем чрезмерные экономические последствия изменения климата, если ее не сделать, но и окупится, поскольку рост глобального спроса на топливо и пиковый дефицит нефти увеличивают цены на нефть и взаимозаменяемый природный газ .

Улавливание CO ₂ непосредственно из воздуха или извлечение углекислого газа из морской воды также уменьшит количество углекислого газа в окружающей среде и создаст замкнутый цикл углерода для устранения новых выбросов углекислого газа. Использование этих методов полностью устранило бы потребность в ископаемом топливе, если предположить, что для его производства может быть произведено достаточно возобновляемой энергии. Использование синтетических углеводородов для производства синтетических материалов, таких как пластмассы, может привести к постоянному улавливанию углерода из атмосферы.

Технологии

Традиционное топливо, метанол или этанол

Некоторые власти рекомендовали производить метанол вместо традиционного транспортного топлива. Это жидкость при нормальной температуре и может быть токсичной при проглатывании. Метанол имеет более высокое октановое число, чем бензин, но более низкую плотность энергии , и его можно смешивать с другими видами топлива или использовать самостоятельно. Его также можно использовать в производстве более сложных углеводородов и полимеров. Топливные элементы с прямым метанолом были разработаны Лабораторией реактивного движения Калифорнийского технологического института для преобразования метанола и кислорода в электричество. Можно превратить метанол в бензин, реактивное топливо или другие углеводороды, но это требует дополнительной энергии и более сложных производственных мощностей. Метанол немного более агрессивен, чем традиционные виды топлива, и для его использования требуется модификация автомобилей стоимостью порядка 100 долларов США каждая.

В 2016 году был разработан метод с использованием углеродных шипов , наночастиц меди и азота, который преобразует углекислый газ в этанол .

Микроводоросли

Топливо, изготовленное из микроводорослей, потенциально может иметь низкий углеродный след и является активной областью исследований, хотя на сегодняшний день крупномасштабная производственная система не реализована. Микроводоросли — это водные одноклеточные организмы . Хотя они, в отличие от большинства растений, имеют чрезвычайно простую клеточную структуру, они по-прежнему фотоавтотрофны , способны использовать солнечную энергию для преобразования углекислого газа в углеводы и жиры посредством фотосинтеза . Эти соединения могут служить сырьем для биотоплива, такого как биоэтанол или биодизель . Следовательно, даже если сжигание топлива на основе микроводорослей для получения энергии по-прежнему будет приводить к выбросам, как и любое другое топливо, оно могло бы быть близко к углеродно-нейтральным, если бы они в целом потребляли столько диоксида углерода, сколько выделяется при сгорании.

Преимуществами микроводорослей являются их более высокая эффективность фиксации CO ₂ по сравнению с большинством растений и их способность процветать в самых разных водных средах обитания. Их главный недостаток — дороговизна. Утверждалось, что их уникальный и очень изменчивый химический состав может сделать его привлекательным для конкретных приложений.

Микроводоросли также могут использоваться в качестве корма для домашнего скота из-за их белков. Более того, некоторые виды микроводорослей производят ценные соединения, такие как пигменты и фармацевтические препараты.

Производство

Двумя основными способами выращивания микроводорослей являются системы водостоков и фотобиореакторы. Системы водоема Raceway состоят из овального канала с замкнутым контуром, который имеет лопастное колесо для циркуляции воды и предотвращения осаждения. Канал открыт для воздуха, а его глубина находится в диапазоне 0,25–0,4 м (0,82–1,31 фута). Пруд должен быть неглубоким, поскольку самозатенение и оптическое поглощение могут привести к ограничению проникновения света через раствор бульона из водорослей. Питательная среда PBR состоит из закрытых прозрачных пробирок. Он имеет центральный резервуар, в котором циркулирует бульон с микроводорослями. PBR — это более простая в управлении система по сравнению с системой пруда с водоотводом, но она требует больших общих производственных затрат.

Выбросы углерода от биомассы микроводорослей, образующейся в водоемах с канализационными каналами, можно сравнить с выбросами от обычного биодизельного топлива, если учесть потребление энергии и питательных веществ как углеродоемких. Соответствующие выбросы от биомассы микроводорослей, производимой в PBR, также можно сравнить, и они могут даже превышать выбросы от обычного ископаемого дизельного топлива. Неэффективность связана с количеством электроэнергии, используемой для перекачивания бульона из водорослей по системе. Использование побочного продукта для производства электроэнергии — одна из стратегий, которая может улучшить общий углеродный баланс. Еще одна вещь, которую необходимо признать, заключается в том, что воздействие на окружающую среду также может исходить от управления водными ресурсами, обращения с углекислым газом и подачи питательных веществ — нескольких аспектов, которые могут ограничивать возможности проектирования и реализации системы. Но в целом системы Raceway Pond демонстрируют более привлекательный энергетический баланс, чем системы PBR.

Экономика

В стоимости производства микроводорослей и биотоплива за счет внедрения систем водосборных бассейнов преобладают эксплуатационные расходы, которые включают рабочую силу, сырье и коммунальные услуги. В системе водоема с канализационными трубами во время процесса выращивания электричество потребляет наибольшую долю энергии от общего объема потребляемой энергии. Он используется для циркуляции культур микроводорослей. Доля энергии составляет от 22% до 79%. Напротив, капитальные затраты преобладают над затратами на производство биотоплива из микроводорослей в PBR. У этой системы высокая стоимость установки, хотя эксплуатационные расходы относительно ниже, чем у систем водосборных бассейнов.

Производство микроводорослей и биотоплива обходится дороже, чем производство ископаемого топлива. Стоимость производства биотоплива из микроводорослей составляет около 3,1 доллара за литр (11,57 доллара за галлон), что значительно дороже, чем обычный бензин.

Воздействие на окружающую среду

Строительство крупномасштабных предприятий по выращиванию микроводорослей неизбежно приведет к негативным воздействиям на окружающую среду, связанным с изменениями в землепользовании , такими как разрушение существующих естественных местообитаний. Микроводоросли также могут при определенных условиях выделять парниковые газы, такие как метан или закись азота , или дурно пахнущие газы, такие как сероводород , хотя на сегодняшний день это широко не изучено. При неправильном управлении токсины, естественным образом вырабатываемые микроводорослями, могут просачиваться в окружающую почву или грунтовые воды.

Производство

Вода подвергается электролизу при высоких температурах с образованием газообразного водорода и газообразного кислорода. Энергия для этого извлекается из возобновляемых источников, таких как энергия ветра. Затем водород реагирует со сжатым диоксидом углерода, улавливаемым прямым улавливанием воздуха . В результате реакции образуется голубая нефть, состоящая из углеводорода. Затем голубая нефть очищается для получения высокоэффективного дизельного топлива E. Однако этот метод все еще вызывает споры, потому что при нынешних производственных мощностях он может производить только 3000 литров за несколько месяцев, что составляет 0,0002% ежедневного производства топлива в США. Кроме того, были поставлены под сомнение термодинамическая и экономическая осуществимость этой технологии. В статье говорится, что эта технология не создает альтернативу ископаемому топливу, а скорее преобразует возобновляемую энергию в жидкое топливо. В статье также говорится, что возврат энергии на энергию, вложенную в ископаемое дизельное топливо, в 18 раз выше, чем у электронного дизельного топлива.

История

Исследования углеродно-нейтрального топлива ведутся десятилетиями. В отчете 1965 года предлагалось синтезировать метанол из двуокиси углерода в воздухе с использованием ядерной энергии для мобильного топливного склада. Судовое производство синтетического топлива с использованием ядерной энергии изучалось в 1977 и 1995 годах. В докладе за 1984 год изучалось извлечение углекислого газа на заводах, работающих на ископаемом топливе. В отчете за 1995 год сравнивается конверсия автопарков на использование углеродно-нейтрального метанола с дальнейшим синтезом бензина .

Источник

Часть серии о
Экономика окружающей среды
Концепции
Ярко-зеленый энвайронментализм Циркулярная экономика Эко коммерция Экологическая экономика Экологическое предприятие Экологическое финансирование Фискальная защита окружающей среды Экологичный учет Зеленая экономика Зеленый рост Зеленая работа Зеленое восстановление Зеленая торговля Экономика природных ресурсов Экологичный дизайн Устойчивое развитие Устойчивый туризм
Политики
Реформа экологического ценообразования Экологический тариф Бесплатный общественный транспорт Пиговский налог
Динамика
Зеленый парадокс Зеленая политика Предельная стоимость борьбы с выбросами Гипотеза о загрязнении
Изменение климата
Смягчение последствий изменения климата Углеродный след Зеленый Новый курс Продовольственные мили
Цены на углерод
Цена на углерод Налог на выбросы углерода Торговля выбросами углерода Углеродный кредит Плата за углерод и дивиденды Углеродное финансирование Углеродная компенсация Климатическое финансирование Экотакс Торговля выбросами Личная углеродная торговля Социальная стоимость углерода
Энергетический переход
Устойчивая энергия 2000-ваттное общество Утечка углерода Углеродная нейтральность Углеродно-нейтральное топливо Зеленый тариф Низкоуглеродная экономика Чистый учет Коммерциализация возобновляемой энергии