Üzemanyag napfényből és szén-dioxidból

A gépjárművek soha nem lesznek környezetbarátok, azonban egy innovatív, napfénnyel működő üzemanyag előállítási technika már elmozdíthatja a közlekedést a szénsemlegesség irányába.

A kísérleti napenergiával működő reaktorok már bizonyították, hogy képesek előállítani a szintetikus folyékony üzemanyagok alkotóelemeit. Bár még gyermekcipőben járnak, ezek a tervezetek jelentősen csökkenthetik a nettó szén-dioxid-kibocsátást, anélkül, hogy nagyobb átalakításokat kellene végrehajtani a járműveken vagy az üzemanyagtöltő infrastruktúrán. Az új-mexikói Albuquerque-ben működő Sandia Nemzeti Laboratórium csapata olyan megoldáson dolgozik, ami széntartalmú gázokból nyerné a szintetikus üzemanyagok egyes összetevőit. Cérium-oxid alapú rendszerük a szén-dioxidból szén-monoxidot, a vízből pedig hidrogént állít elő.

A CR5 - teljes nevén Counter Rotating Ring Receiver Reactor Recuperator - két, egymástól forgó cérium-oxid gyűrűkkel elválasztott kamrából áll. Miközben a gyűrűk forognak, egy nagy parabolatükör napenergiát összpontosít az egyik oldalra, 1500 Celsiusra-fokra hevítve a gyűrűt. Ennek következtében a cérium-oxid oxigént bocsát ki az egyik kamrába, ahonnan azt kipumpálják. Ahogy a gyűrűk tovább forognak, elvezetik az oxigénmentesített gyűrű hőjét, lehűtve azt, még mielőtt a másik kamra körül kezdenének forogni. A második kamrába szén-dioxidot pumpálnak, amiből a már lehűlt cérium foglyul ejt egy oxigénmolekulát, szén-monoxidot és cérium-oxidot állítva elő. A folyamat vízzel is működik, a reakcióból hidrogén keletkezik.

A tavalyi év végén egy 14 gyűrűs reaktorral végzett kísérletsorozat bebizonyította, hogy a folyamat képes a szén-monoxid termelésre. A különböző elemek meghibásodásai miatt azonban a rendszer legfeljebb néhány másodpercen át működött egyhuzamban, ezért a csapat most elsősorban a megbízhatóság javításán dolgozik, miközben megkezdték egy nagyobb, 28 forgó gyűrűből álló reaktor építését is. Ez még több szén-dioxidot és vizet tud majd feldolgozni, nyilatkozott James Miller, a Sandia kémikusa.

Ha a reaktornak sikerül stabilan hidrogént és szén-monoxidot előállítania, a kapott gázok a Fischer-Tropsch-eljárással átalakíthatók szintetikus folyékony üzemanyaggá. Az 1920-as években Németországban kifejlesztett eljárás lényege, hogy a két gázt egy vasalapú katalizátor jelenlétében hevítve szénhidrogén üzemanyag termelődik. A csapat először az erőmű kipufogógázaiból elfogott szén-dioxidot akarta felhasználni, ma viszont már közvetlenül a levegőből kivonható szén-dioxidra fenik a fogukat, bár még nem rendelkeznek az ehhez szükséges technikával. "Ez önmagában is hatalmas kihívás, egyszerre viszont csak egy problémára tudunk fókuszálni" - mondta Miller.

Ez persze még nem jelenti, hogy egy ilyen probléma elrettentené a fejlesztőket. Aldo Steinfeld és munkatársai a zürichi Svájci Szövetségi Műszaki Intézetben már található egy olyan rendszer, ami képes a szintetikus üzemanyag készítési eljáráshoz kiszippantani a szén-dioxidot a légkörből.

A svájci megoldás is egy parabolatükröt használ. A tükör egy kamrára koncentrálja a Nap hőjét, amiben esetükben kalcium-oxid található. Amint a kamrában a hőmérséklet eléri a 400 Celsius-fokot, levegőt pumpálnak be, a hő pedig reakcióba lépteti a kalcium-oxidot a levegőben található szén-dioxiddal. A reakcióból kalcium karbonát keletkezik, amit ismét felhevítenek, ezúttal 800 fokra, melynek hatására tiszta szén-dioxid szabadul fel, a kalcium karbonát pedig visszaalakul kalcium-oxiddá. A keletkezett szén-dioxidot egy másik reaktorba fecskendezik, ahol egy Nap-koncentrátor segítségével a befecskendezés előtt cink-oxidot hevítenek 1700 Celsius-fokra. Ez felszabadítja az oxigénmolekulákat, így csak a cink marad vissza.

Miután csökken a hőmérséklet, indulhat a szén-dioxid bepumpálása a reaktorba, ami mellé gőzt is adagolnak. A szén-dioxid és a gőz reakcióba lépve a tiszta cinkkel szintézisgázt, a hidrogén és a szén-monoxid keverékét alkotja, illetve újra cink-oxid keletkezik. A csapat korábban egy 10 kilowattos prototípussal kísérletezett, azonban jövő év elején már egy 100 kilowattos változattal szeretnének próbálkozni.

Ken Caldeira, a Carnegie Intézet tudósa szerint a Nap energiájának üzemanyag előállításhoz történő felhasználása az egyik legfontosabb területe a tiszta energiatechnológiai kutatásoknak. "Ez a terület olyan technológiák ígéretét rejti, melyekkel hatalmas szénsemleges energia mennyiségeket termelhetünk elfogadható áron, amit ott és akkor használunk fel, ahol és amikor szükség van rá" - emelte ki a New Scientistnek adott interjújában. "Ez egyike annak a maroknyi műszaki területnek, ami valóban forradalmasítaná a jövő energiagazdálkodását."