Ученые могут создать жидкое топливо из солнечной энергии уже сейчас

large_2z_vIzvXR7PwfUBQVn9IA03XsmsatyuHB3jEbyijbicСолнечная энергия активно используется разными путями: в то время как фотоэлементы преобразуют солнечный свет в электричество, солнечные тепловые установки используют огромную энергию солнца для таких целей, как подогрев жидкостей до высокой температуры.

На солнечных тепловых электростанциях крупномасштабно реализуется именно второй путь: при помощи тысяч зеркал солнечный свет фокусируется на котле, в котором пар производится либо непосредственно, либо через теплообменник при температурах, превышающих 500 ° С. Затем турбины преобразовывают тепловую энергию в электрическую.

Исследователи из Института Пауля Шеррера (PSI) и Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich) разработали новаторскую альтернативу такому подходу. Теперь тепловая энергия солнца используется для преобразования углекислого газа и воды непосредственно в синтетическое топливо. «Это обеспечивает хранение солнечной энергии в виде химических связей», объясняет Иво Алькснайт, химик лаборатории технологии солнечной энергии PSI. «Это проще, чем хранить электроэнергию». Новый подход основан на принципе, аналогичном используемому на солнечных тепловых электростанциях. Алькснайт и его коллеги используют тепло, чтобы вызвать определённые химические процессы, которые происходят только при очень высоких температурах выше 1000 ° С. Достижения в солнечной технологии позволят в скором времени достичь таких температур при помощи солнечного света.

Производство топлива при помощи солнечного тепла

Исследование основано на принципе термохимического цикла, включающего в себя как циклический процесс химической переработки газов, так и тепловую энергию, необходимую для этого. Десять лет тому назад исследователи уже продемонстрировали возможность преобразования низкоэнергетических веществ, таких как вода и углекислый газ в такие богатые энергией материалы как водород и угарный газ.

Цикл протекает при наличии некоторых материалов, таких как оксид церия — соединения металлического церия с кислородом. При воздействии очень высоких температур выше 1500 °С оксид церия теряет несколько атомов кислорода. При более низких температурах этот материал стремится вернуть их себе. Если молекулы воды и двуокиси углерода сконцентрировать над такой активной поверхностью, то они потеряют атомы кислорода (О). Вода (H2O) превратится в водород (H2), а диоксид углерода (CO2) — в окись углерода (CO), в то время как церий повторно окисляет себя, создавая предпосылки для начала нового цикла создания оксида церия.

Водород и окись углерода, полученные в ходе этой реакции, можно использовать для производства топлива, в частности, газообразных или жидких углеводородов, таких как метан, бензин и дизельное топливо. Такие виды топлива могут использоваться как непосредственно, так и храниться в резервуарах или подаваться в трубопроводы природного газа.

Один процесс вместо двух

До сих пор этот метод производства топлива требовал второго дополнительного процесса: так называемого синтеза Фишера-Тропша, разработанного в 1925 году. Европейский исследовательский консорциум SOLAR-JET недавно предложил комбинацию термохимического цикла и процесса Фишера-Тропша.

Однако, как объясняет Алькснайт: «Хотя это в основном решает проблему хранения, нужны значительные технические усилия для проведения синтеза Фишера-Тропша». В дополнение к солнечной установке нужен второй технический завод промышленного масштаба».

Теперь возможно прямое производство солнечного топлива

При разработке материала, который обеспечил бы прямое производство топлива в рамках одного процесса, новый подход, разработанный Иво Алькснайтом и его коллегами, обходится без процесса Фишера-Тропша, а, следовательно, без второй ступени. Это было достигнуто путем добавления небольшого количества родия в оксид церия. Родий является катализатором, который активирует некоторые химические реакции. Известно, что родий обеспечивает возможность прохождения реакций с водородом, окисью углерода и диоксидом углерода.

«Катализатор является основным объектом исследования для производства таких видов солнечного топлива», сказал Алькснайт. Кандидат в доктора философии при PSI Fangjian Lin подчеркивает: «большой проблемой было управление экстремальными условиями, необходимыми для этих химических реакций, и разработка катализатора, способного выдерживать процесс активации при 1500 ° С». Во время процесса охлаждения, например, чрезвычайно малые островки родия на поверхности материала не должны были исчезнуть или увеличиться в размерах, так как они чрезвычайно важны для ожидаемого каталитического процесса. Полученные в результате виды топлива или сразу используются, или сохраняются, а циклический процесс начинается снова, как только оксид церия реактивирует.

Используя различные стандартные методы структурного и газового анализа, ученые, работающие в лабораториях в PSI и ETH в Цюрихе, исследовали соединение церия и родия, выяснили, насколько хорошо работает восстановление оксида церия и насколько успешно производство метана. «До сих пор наш комбинированный процесс давал только небольшое количество топлива, пригодного для прямого использования», заключает Алькснайт. «Но мы показали, что наша идея работает и выводит нас из царства научной фантастики в реальность».

Источник: https://www.weforum.org/agenda/2016/07/scientists-can-now-create-liquid-fuel-from-solar-energy

Написать нам