Солнце, воздух и вода — получился керосин
Мечта многих поколений ученых сбылась: они сумели создать керосин из углекислого газа и воды, используя только лишь солнечную энергию.
Хотя сам процесс синтеза углеводородов из углекислого газа и воды, из которых на первом этапе получается угарный газ CO и водород H2, а далее – углеводороды того или иного состава по методу Фишера-Тропша, известен давно. Однако этот процесс требует высоких энергозатрат – для получения угарного газа из углекислого, и водорода из воды, требуются либо очень высокие температуры, либо применение дополнительных реагентов. Так, водород из воды можно получить с помощью химически активных металлов при обычных условиях (при высоких температурах можно использовать даже железо). Другим путем получения из воды водорода является электролиз.
Производство бензина из углекислого газа и воды является хотя и возможным, но крайне затратным в энергетическом плане, и остается практически недостижимой мечтой. Реализация такого производства смогла бы решить все энергетические проблемы мира, и связать обратно весь выброшенный в атмосферу углекислый газ.
Реализовать мечту и получить жидкое топливо из воды и воздуха без затрат больших дополнительных количеств энергии и реагентов удалось участникам проекта Solar Jet. Они добились этого, используя солнечное излучения. В результате оказался возможным синтез бензина, керосина, водорода и даже пластика.
Участники проекта сконструировали солнечный реактор с системой мощных зеркал для концентрации солнечной энергии. В реакторе под действием солнечного излучения из углекислого газа и воды получается сначала угарный газ и водород, а затем осуществляется синтез керосина по процессу Фишера-Тропша. Для этого используется оксид одного из лантаноидов - церия, который выполняет роль катализатора. Особенностью этого оксида является возможность перехода из четырехвалентного состояния в трехвалентное: так, он может разрушить воду на водород и кислород, перейдя из оксида Ce2O3 в CeO2.
Полученный керосин можно использовать так же, как и полученный традиционным путем.
Недостатком системы является низкий КПД установки, которая в среднем составляет 1,73% (в пиковом случае 3,53%). Однако отношение общей поступающей солнечной энергии к теплотворной способности полученного топлива не достигает даже 1%. Содержание углекислого газа в атмосфере составляет 0,03-0,04%, что также делает производство топлива весьма медленным. Вместе с тем, при площади солнечного реактора в 1 кв. км он сможет производить 20 тысяч литров керосина в день. Открываются перспективы в плане возможной застройки пустынь и других регионов с засушливым климатом подобными сооружениями. Несложно подсчитать, что если застроить примерно 600 тысяч квадратных километров какой-либо пустыни подобными заводами по производству топлива (это равно площади Украины и составляет лишь 1/15 от площади пустыни Сахара), то на этой территории можно будет добывать ровно столько топлива, сколько ежедневно добывается ископаемой нефти в мире, причем совершенно без каких-либо затрат, за исключением подачи воды.
Однако на производство 1 литра керосина необходимо 3-4 литра воды, при этом 1-2 литра тратится на синтез керосина, и еще 2 литра – на промывку зеркал, что меньше объема воды, которое тратится на производство бензина традиционным способом (порядка 5-6 литров в среднем). Таким образом, строительство таких заводов по производству топлива сможет полностью решить энергетические проблемы человечества, и остановить выбросы диоксида углерода в атмосферу, так как весь он будет повторно связываться в новое топливо.
Наиболее важной задачей исследователи видят в повышении КПД солнечного реактора хотя бы до 10%.
Главной проблемой, стоящей перед возможным массовым строительством заводов по производству топлива данным методом, является сложность производства церия в больших объемах, который является редкоземельным элементом, и необходимость качественной очистки диоксида церия от других редкоземельных элементов, похожих на него по химическим свойствам. Также весьма сложным является и производство огромных количеств зеркал.
Однако перспективы данной разработки трудно переоценить в отдаленном будущем.
