Теперь исследовательская группа Северо-Западного университета предлагает практический способ сделать корабли CO2-нейтральными – или даже CO2-отрицательными – с помощью улавливающих CO2 твердооксидных топливных элементов. После «сжигания» традиционных видов топлива на основе углерода топливный элемент генерирует концентрированный CO2, который может храниться на борту корабля. Оттуда CO2 может быть изолирован или переработан в возобновляемое углеводородное топливо.
Команда представляет свой анализ в опубликованном сегодня (август.
18) в журнале ACS Energy Letters. В документе команда рассматривает различные факторы, в том числе объемы хранения топлива и требования к массе для широкого диапазона классов транспортных средств – от легких пассажирских транспортных средств до танкеров – и сравнивает улавливание CO2 на борту с аккумуляторными электрическими и водородными топливными элементами. параметры.
«Людям может быть труднее рассматривать улавливание CO2 на борту как экологически безопасное, потому что на нем используется обычное углеродное топливо», – сказал Скотт А. Барнетт, старший автор исследования. "Люди склонны считать, что водородные топливные элементы и электромобили более безопасны для климата. На самом деле они часто не. Электроэнергия может быть получена при сжигании угля, а водород часто производится из природного газа, который при этом выделяет много CO2."
Барнетт, эксперт по твердооксидным топливным элементам, является профессором материаловедения и инженерии в Северо-западной инженерной школе Маккормика.
Он был соавтором статьи с Трэвисом Шмауссом, доктором философии.D. кандидат в его исследовательскую группу.
Почему батареи не являются жизнеспособным решением
Суда, производящие около гигатонны углекислого газа в год, могут потреблять до 250 тонн топлива в день. Заменить такое огромное количество топлива батареями может показаться заманчивым, но это просто не вариант.
«Некоторым танкерам требуется достаточно топлива, чтобы совершить кругосветное плавание в рамках своей регулярной многоходовой операции», – сказал Барнетт. «Мы подсчитали, что аккумуляторная батарея для танкера дальнего плавания займет больше места, чем вместимость корабля. Водородный топливный бак тоже был бы слишком большим.
Когда дело доходит до автомобилей дальнего следования, углеродное топливо в сочетании с бортовым улавливанием CO2, возможно, является лучшим способом сделать эти автомобили CO2 нейтральными."
Предлагаемый метод также имеет потенциальные преимущества для автомобилей малой дальности.
Однако аккумуляторные электрические и водородные топливные элементы уже внедряются для этих типов транспортных средств, поэтому исследователи вместо этого предлагают использовать расширитель диапазона с нейтральным выбросом CO2.
Решение для хранения
Для хранения CO2 на борту команда Барнетта предложила запатентованный двухкамерный резервуар для хранения. В одной камере хранится топливо на основе углерода.
После того, как топливо проходит через топливный элемент для выработки энергии, побочный продукт CO2 сжимается и вводится во вторую камеру. Перегородка между камерами может перемещаться – сжимая топливную камеру по мере использования топлива, освобождая место для СО2 в другой камере.
«Твердооксидный топливный элемент имеет решающее значение, потому что он сжигает топливо с чистым кислородом, давая концентрированный продукт CO2, который можно хранить», – сказал Шмаус. "Если бы мы просто сожгли топливо с воздухом, оно было бы сильно разбавлено азотом, что дало бы слишком много газа для хранения.
Когда концентрированный CO2 сжимается, его можно хранить в объеме, не намного превышающем объем, необходимый для топлива, что экономит место."
«Эта технология действительно не имеет серьезных препятствий для ее работы», – добавил Барнетт. «Вам просто нужно заменить топливный бак на двухкамерный и добавить компрессоры CO2. И, конечно же, в конечном итоге должна быть развита инфраструктура, чтобы выгружать CO2 и либо изолировать, либо использовать его."
Движение к чистому нулю
Исследователи говорят, что с помощью этого сценария можно сделать выбросы CO2 в транспортных средствах дальнего действия отрицательными.
Это возможно с биотопливом, таким как этанол, потому что установки, используемые для производства топлива, потребляли CO2 из атмосферы. Затем, после того, как транспортное средство израсходовало топливо, уловленный CO2 удаляется с корабля и улавливается под землей или используется для производства возобновляемого топлива.
Если в автомобиле используется ископаемое топливо вместо биотоплива, то итоговый общий цикл приближается к чистому нулю.