Ученые превратят парниковый газ в бензин

Если два исследователя из Национальной лаборатории в Лос-Аламосе не ошибаются, спустя 50 лет люди по-прежнему будут ездить на автомобилях, работающих на бензине и исторгающих в атмосферу парниковый углекислый газ, – однако этот углекислый газ не будет способствовать глобальному потеплению.

Ученые Ф.Джеффри Мартин и Уильям Л.Кьюбик-младший разработали концепцию с патриотическим названием "Зеленая свобода" (Green Freedom), согласно которой углекислый газ может извлекаться из воздуха и возвращаться в бензин.

Идея проста. Воздух будет продуваться над жидким углекислым калием, который абсорбирует углекислый газ. Экстракт углекислоты будет подвергаться химическим реакциям, которые превратят его в топливо: метанол, бензин или авиационное топливо.

В результате этого процесса углекислый газ может перестать играть роль нежелательного, провоцирующего климатические изменения загрязнителя и станет обширным источником возобновляемого топлива. Замкнутый цикл – в котором в атмосферу попадает, а затем извлекается из нее равное количество углекислого газа – может означать, что легковые автомобили, грузовики и самолеты, использующие синтетическое топливо, больше не будут провоцировать глобальное потепление.

Хотя завод по производству синтетического топлива и даже его мини-прототип еще не созданы, ученые говорят, что эта концепция основана целиком и полностью на уже существующих технологиях. "Все элементы этой концепции в отдельности уже созданы, эксплуатируются или имеют близкие аналоги, запущенные в эксплуатацию", – подчеркивает д-р Мартин.

Схема, разработанная в Лос-Аламосе, согласуется со всеми законами физики, и другие ученые, такие как Джордж Ола, химик-лауреат Нобелевской премии из Университета Южной Каролины, и Клаус Лакнер, профессор геофизики из Университета Колумбии, независимо друг от друга выступали со схожими идеями. По словам д-ра Мартина, концепция, предложенная им и д-ром Кьюбиком, проработана более детально, чем предыдущие предложения.

Однако есть один момент, объясняющий, почему до сих пор никто так и не построил завод по преобразованию углекислого газа в топливо: это производство требует огромного количества энергии.

Чтобы решить эту проблему, ученые из Лос-Аламоса разработали ряд инноваций, включая новый электрохимический процесс для отделения углекислого газа после того, как его абсорбировал углекислый калий. Технология была протестирована в гараже Кьюбика, на примитивном аппарате, который внешне напоминает мутировавшую одноразовую посудину Tupperware.

Даже со всеми этими новшествами обеспечение энергией производства топлива в коммерческих масштабах – скажем, 750 тыс. галлонов в сутки – потребует специальной электростанции, предпочтительно атомной, указывают ученые.

Согласно их анализу, концепция, реализация которой обойдется примерно в 5 млрд долларов, обеспечит производство топлива с себестоимостью 1,4 доллара за галлон. Учитывая затраты на строительство и другие расходы, она станет экономически выгодной тогда, когда розничная цена достигнет 4,6 долларов за галлон. С помощью дополнительных технологических инноваций безубыточная цена упадет до 3,4 долларов, отмечают они.

Атомный реактор не является технологическим императивом. Те же химические процессы могут обеспечиваться энергией с помощью солнечных батарей, например, однако в таком случае экономические расчеты выглядят менее привлекательно.

Д-р Мартин и д-р Кьюбик представят "Зеленую свободу" в среду на конференции "Альтернативная энергия сегодня" (Alternative Energy Now) в Лейк Буэна-Виста во Флориде. Они планируют создать несложную демонстрационную модель в течение года и более крупный прототип через пару лет.

Создание коммерческого топливного завода на атомной энергии может натолкнуться на ряд серьезных барьеров, а для того, чтобы полностью заменить нефтяное топливо, потребуются тысячи таких заводов, однако перед лицом проблемы глобального потепления простых решений не бывает.

В усилиях по сокращению выбросов углекислого газа, которые сейчас составляют 30 метрических тонн в год, значительная часть внимания до сих пор была сосредоточена на крупных стационарных источниках, таких как электростанции. Они, по крайней мере теоретически, должны перейти с топлива, сжигание которого сопровождается выбросами углекислого газа – с угля и природного газа – на другие виды, такие как атомная, солнечная энергия и сила ветра.

Другая стратегия, известная как улавливание и утилизация углекислого газа, предполагает продолжение использования ископаемого топлива, но с параллельным улавливанием углекислого газа и закачиванием его под землю, где он не будет влиять на климат.

Однако, чтобы стабилизировать уровень углекислого газа в атмосфере, потребуется резкое сокращение его выбросов. Кроме того, еще не разработано аналогичного решения для мелких, мобильных источников выбросов углекислого газа, тогда как автомобили, работающие на атомной или солнечной энергии, вряд ли появятся в обозримом будущем.

Было предложено три решения: водородные топливные элементы, электромобили и биотопливо. Биотопливо, как и этанол, является топливным субститутом, получаемым из таких растений, как кукуруза, сахарный тростник и просо, и в основе этого подхода лежит та же идея, что и в основе "Зеленой свободы". Растения поглощают углекислый газ, балансируя уровень углекислого газа, который выбрасывается при их сжигании. Однако выращивание культур для производства топлива требует большого количества земель.

Пользование машинами на водородном топливе не сопровождается выбросом углекислого газа, однако производство водорода путем расщепления воды или иных химических реакций требует огромного количества энергии, а если эта энергия поступает с электростанций, работающих на угле, то это не решение проблемы. Кроме того, водород сложнее хранить и транспортировать, чем бензин, то есть потребуется перекраивать всю мировую энергетическую инфраструктуру.

Электромобили также перекладывают проблему углекислого газа на электростанции. Кроме того, электромобили обычно ограничены маршрутом в десятки миль, в то время как на канистре бензина можно проехать сотни миль.

Таким образом, бензин оказывается почти идеальным топливом (за тем исключением, что выбросы углекислого газа на галлон составляют 19,4 фунта). Его легко транспортировать, и он дает больше энергии, чем большинство альтернативных источников. Если бензин можно производить из атмосферного углекислого газа, то концепция Лос-Аламоса может означать, что переходить на иные источники смысла нет. Эта концепция также может быть адаптирована для производства авиатоплива – для самолетов ни водород, ни батареи не представляются разумной альтернативой.

"Это единственная схема, которая устраняет все тревоги, имеющиеся в данный момент", – отмечает Мартин.

Другие ученые заявили, что концепция Лос-Аламоса выглядит многообещающей, но оценить ее в полной степени не представляется возможным, ибо детали еще не опубликованы.

"Эту концепцию определенно стоит разрабатывать, – заявил Мартин Хофферт, профессор физики в Университете Нью-Йорка. – Дело не в том, что эта идея нова, но в ней есть пара элементов, которые очень интересны".