Альтернативное топливо будущего: синтетика и «зеленый» бензин
Электрификация, как и электромотор в качестве доминирующей силовой установки для автомобиля, может быть неизбежна, но хорошая новость заключается в том, что благодаря чуду современной науки мы, поклонники двигателей внутреннего сгорания, вполне возможно, сможем насладиться любимым звучанием, используя углеродно-нейтральное замещающее топливо.
CO2, образующийся при сжигании этих видов топлива, не будет выбрасываться в атмосферу, потому что само топливо будет производиться либо из биологического сырья, которое потребляло столько же или больше CO2 во время выращивания, либо с использованием сырья, которое естественным образом выделяло бы тот же CO2, если бы топливо не было произведено из него, или даже из CO2, извлеченного уже непосредственно из атмосферы.
Энергия, используемая при производстве топлива, также будет экологически чистой. Такое топливо почти наверняка будет стоить намного дороже, чем современное ископаемое топливо, и его может быть будет труднее найти, чем сейчас бензин, но его будут запасать везде, где собираются автомобили, использующие двигатели внутреннего сгорания. Ниже мы кратко расскажем о нескольких концепциях электронного (синтетического) топлива и экологически чистого бензина.
Бактериальный биобутанол
Биобутанол является версией этанола, его химическая формула сокращена вдвое с добавлением еще двух атомов углерода. Это заставляет его действовать намного больше как бензин, имея почти такую же плотность энергии и октановое число. Первоначально он производился так же, как этанол, из кукурузы или другого биологического сырья, только с другими катализаторами, и производство углеродно-нейтрального биобутанола было практически невозможно с исходным сырьем, которое использовалось в 2011 году.
Затем в июле 2013 года появилась информация об исследованиях, проведенных в Университете Джорджии и Университета штата Северная Каролина, в ходе которых разрабатывались биоинженерные бактерии, способные преобразовывать поток CO2 и газообразного водорода непосредственно в биобутанол. Углеродно-нейтральный процесс производства биобутанола еще предстоит усовершенствовать, а очень низкое давление паров биобутанола делает его непригодным для условий холодного запуска при концентрациях выше 50% с бензином. Это не непреодолимые технологические препятствия, но они ставят это биотопливо позади некоторых других видов.
Компоновка молекул бензина из возобновляемого метана
Природный газ состоит в основном из метана (CH4), который можно превратить в более сложные углеводороды с помощью серии каталитических реакций, которые сначала производят метанол, а затем добавляют молекулы водорода и углерода в цепочку с помощью различных химических процессов. Они выделяют CO2, но, располагая производственным объектом рядом с нефтяными месторождениями, компания Nacero из Хьюстона может получать метан из факельного газа (таким образом, сжигание топлива в транспортном средстве не дает чистого нового CO2, который еще не предназначался для сжигания), а СО2, который образуется в процессе конверсии, может быть возвращен в нефтяную скважину, где он создает давление, способствуя добыче, и постоянно там улавливается.
Использование метана, полученного с городских свалок, позволяет квалифицировать полученный бензин как возобновляемый. «Построение» бензина путем сборки более мелких молекул естественным образом избегает всей серы и других загрязняющих веществ, присутствующих в сырой нефти, и после того, как бензин произведен, не остается грязного мазута, как при переработке сырой нефти, которая в конечном итоге сжигается промышленными или судовыми двигателями, что приводит к наисильнейшему загрязнению воздуха. Первый завод Nacero в настоящее время строится. Поскольку месторождения сырой нефти и их метановые факелы будут заброшены, еще предстоит увидеть, насколько долго в неизбежном будущем «голубой» и «зеленый» бензин Nacero останутся жизнеспособными.
Компоновка бензина из CO2 и H2
Концепция преодоления чужого углеродного следа на километр путем сборки бензина из молекул углерода, взятых и очищенных непосредственно из атмосферы, впервые была освещена в СМИ в июле 2008. Сначала это были скрубберы на основе гидроксида натрия и экзотические катализаторы. Затем это были ионные аминовые жидкости и топливный элемент с муравьиной кислотой. Тогда это была тщательно продуманная комбинация, однако технологические и финансовые препятствия, представленные этими схемами, в конечном итоге оказались непреодолимыми, но появились два новых метода прямого улавливания углерода, которые, похоже, движутся к массовому производству.
Топливо «Прометей. В октябре 2020 года калифорнийская компания Prometheus Fuels разработала средства очистки воздуха от CO2 путем улавливания его водой, а затем превращения этого водного CO2 непосредственно в этанол с использованием причудливой и сверхэффективной системы электролиза, которая использует листы графена с наночастицами, легированными наночастицами меди. Затем этанол отделяется от воды с помощью углеродных нанотрубок, что исключает энергоемкую стадию дистилляции. Наконец, этанол преобразуется в бензин с помощью цеолитных катализаторов в процессе, который создает собственное тепло. Энергия, потребляемая всей системой, может быть легко обеспечена чистой электроэнергией из сети Калифорнии, и вскоре ожидается массовое производство.
Проект «Хару Они». К северу от Пунта-Аренас, Чили, был построен завод по производству водорода в электронном топливе с целью производства достаточного количества «зеленого» водорода и очистки атмосферы от СО2. Он производит около 760 тысяч литров «зеленого» метанола к концу 2022 года. Часть этого впоследствии будет преобразована примерно в 130 тысяч литров «зеленого» бензина, которые Porsche будет использовать в автоспорте.
Атмосферный CO2 будет извлекаться с использованием покрытия из сорбента на основе амина на пористой керамической сотовой матрице, а водород, необходимый для этого процесса, будет производиться через протонообменную мембрану с использованием экологически чистой энергии, обеспечиваемой сильными ветрами, которые постоянно дуют вокруг южной части Южной Америки. Porsche установил начальную цену в 10 евро за литр (832 рубля за литр).
Этанол
Кукурузный этанол, как правило, не может преодолеть углеродно-нейтральный барьер, отчасти из-за всей энергии (обычно ископаемой), необходимой для выращивания и транспортировки кукурузы, а также из-за того, что, если кукуруза не посажена там, где раньше никогда не выращивались зерновые, углекислый газ, который она потребляет, не считается «чистым новым» поглощением углерода. Это поглощение уже имело место в поддержку производства продуктов питания или животноводства.
Целлюлозный этанол в целом показывает лучшие результаты в обоих случаях. Использование кукурузной соломы создает топливо из углерода, который в противном случае выделялся бы в виде CO2 при разложении стеблей. Картина еще больше улучшается за счет использования возобновляемого сырья, такого как мусор, или таких культур, как трава мискантуса, которая практически не нуждается в культивировании и может расти на заброшенных полях. Но на сегодняшний день процессы, необходимые для производства менее энергоемкого этанольного топлива, все еще слишком дорого обходятся, чтобы гарантировать дальнейшее развитие в условиях дешевой нефти.
В конце концов, сегодняшние бензиновые двигатели не могут запускаться и работать повсюду на чистом этаноле, а в постнефтегазовом мире производство дорогого углеродно-нейтрального целлюлозного этанола для смешивания с более дорогими «зелеными» бензинами, указанными выше, кажется абсолютно бессмысленным.
