Синтетическое топливо: чем заменить ископаемые углеводороды

В ноябре британцы начали тестовые испытания пассажирского автобуса, фактически работающего на фекалиях, немцы открыли завод по производству e-diesel, а мы расскажем о том, чем уже сегодня можно заменить большинство видов ископаемого топлива.

Poo-Bus

Топливом для автобуса Bio-Bus, тестовые испытания которого начались в Великобритании в последней декаде ноября, является газ, полученный в результате ферментации канализационных стоков, а также продуктов переработки пищевых отходов. Проще говоря, он в прямом смысле работает на отходах жизнедеятельности человека. По этой причине, в народе его уже успели окрестить Poo-Bus – «автобус на какашках». Впрочем, производитель изначально отнесся к этой идее с должным юмором, украсив машину весьма немногозначным «декором».

Тем не менее, эта технология может стать вполне перспективной, ибо наполняющие канализацию отходы жизнедеятельности человека – самый быстровосполняемый ресурс на планете. С другой стороны, в ней нет ничего ультранового – фактически мы говорим о получении обычного биогаза, разница же заключается в «сырье» для его производства.

e-diesel

Завершающийся ноябрь оказался стартовым для еще одного экологического проекта – запуска завода по производству синтетического дизеля. Экспериментальное предприятие было построено в Дрездене. Инициатором числится Audi, а генеральными партнерами – швейцарская Climeworks и компания Sunfire. Последняя предоставила площадку для строительства, а первая обеспечила технологическую поддержку.

Завод действует по технологии производства энергозаряженных жидкостей, а в качестве сырья использует углекислый газ, воду и электроэнергию. Углекислый газ захватывается непосредственно из атмосферы при помощи технологии Climeworks. Параллельный процесс, происходящий в электролитическом модуле, обеспечивает расщепление воды на водород и кислород. Далее, водород вступает в реакцию с углекислым газом, а результате образуется углеводородная энергонесущая жидкость Blue Crude. Как утверждают в Audi, КПД всего процесса достигает 70%, что является очень приличным показателем.

Дрезденский завод способен производить около 160 литров Blue Crude в день. Порядка 80% этого объема может быть преобразовано в синтетическое дизельное топливо, который отличается от нефтяного дизеля чистотой и более высоки цетановым числом.

e-gas

Примечательно, но e-diesel – не первый топливный проект Audi. Первым был e-gas, главной целью которого является «круговорот» СО2 в атмосфере. Проще говоря, немцы придумали, как получать метан из атмосферного воздуха (более подробно об этой технологии читайте тут).

Eсли упростить схему до школьного уровня, то она становится практически элементарной. Фактически технология состоит из трех этапов. Первый – выработка «зеленого» электричества (с помощью поля ветряных генераторов, расположенных в Северном море). Второй – электролиз, в ходе которого вода расщепляется на кислород и водород. Третий – метанирование. Полученный в ходе гидролиза водород поступает в соответствующий резервуар, где в дальнейшем реагирует с СО2, образуя тот самый e-gas. В качестве же побочного продукта образуется дистиллированная вода.

Завод по получению e-gas был запущен летом 2013 года. И он также является экспериментальным, поскольку полноценному внедрению технологии в массы препятствует крайняя энергоемкость как электролиза, так и метанирования. Впрочем, первую проблему немцы, похоже решили с помощью описанной выше технологии Climeworks, с помощью которой СО2 можно захватывать непосредственно из атмосферы. Кроме того, еще одним выходом из ситуации может стать строительство подобных предприятий в непосредственной близости от заводов по синтезу биогаза, откуда можно поставлять высоконцентрированный СО2, поставляя взамен излишки тепла, образующегося в процессе метанирования. Кстати, предприятие в Верльте способно синтезировать около 1000 тонн e-gas в год, химически связывая при этом около 2800 тонн двуокиси углерода. Примерно такое же количество СО2 за год поглощает буковый лес, состоящий из 220 000 деревьев.

Биогаз

Биогаз – метан или водород, получаемый путем брожения биомассы. Процесс формально разделен на три этапа, которые проходят с помощью того или иного вида бактерий. В первом случае это гидролизные бактерии, во втором – кислотообразующие, в третьем – либо метанообразующие, либо водородогены, синтезирующие соответствующий вид газа.

В основном с качестве сырья для получения биомассы используются отходы сельскохозяйственного производства, а, проще говоря, силос, навоз и птичий помет, но технология, как видно, предполагает и более «грязные» методы.

Состав биогаза: 50–87% метана, 13–50 % двуокиси углерода, после удаления последнего производитель получает чистый метан, ничем не отличающийся от природного газа. Однако, данная технология также требует специальной доработки. И в первую очередь – высокоэффективных установок по захвату самого газа, исключающих его выброс в атмосферу, поскольку его влияние на парниковый эффект в 20 раз сильнее, чем влияние СО2. Так что производство биогаза также нельзя назвать экологически чистой технологией.

Жидкий кислород

Некая компания Dearman Engine сегодня занимается тем, что пытается усовершенствовать мотор, работающий на…воздухе. Точнее, на криогенном источнике, используя энергию, высвобождающуюся в ходе нагрева жидкости и ее превращении в пар. Проще говоря, речь о ДВС с поршнями и шатунами, коленвалом, в котором вместо бензина, газа или дизеля используется жидкий кислород (или азот), охлажденный до минус 200 градусов по Цельсию.
Принцип работы такого движка состоит в следующем: в «камере сгорания» этот кислород или азот смешивается с водой или воздухом обычной температуры. В результате реакции с которым расширяется и толкает поршень. Побочный продукт, выбрасываемый в атмосферу, – водяной пар.

Разработчики утверждают, что такой принцип работы является не только максимально экологичным, но и вполне эффективным. Причем, настолько эффективным, что при наличии спроса такие моторы без проблем можно устанавливать на тяжелых грузовиках. К 2016 году Dearman Engine обещает поставить свой мотор на конвейер.

Бензин из воздуха

Впервые об установке, способной синтезировать бензин из атмосферного воздуха стало известно осенью 2012 года. Правда, после этого информация о группе британских ученых, работающих на Air Fuel Synthesis, в массмедиа не появлялась. Известно лишь, что в тот момент они искали инвестора, готового профинансировать второй этап исследований (первый взял на себя профессор Тони Мармонт, работавший на Shell и вложивший в разработку собственные 1,2 миллиона фунтов).

Суть технологии в синтезе горючего из углекислого газа и водяных паров. Однако таким образом ученым удалось получить лишь 5 литров топлива. К слову, добыча «атмосферного топлива» оказалась не такой уж и дорогой. По расчетам работавших над проектом химиков, при промышленном производстве тонна бензина, полученного таким способом обойдется в 400 фунтов стерлингов.

Водород

Многие экологи и эксперты полагают, что водородные авто – единственно правильное будущее мирового автопрома. Машины на топливных элементах уже не просто проходят тестовые испытания, а официально представлены и даже запущены в серию. В частности, в середине ноября такую машину презентовала Toyota, а вслед за ней о запуске подобной модели объявила и Honda.

Принцип действия установки на водородных топливных элементах – преобразование энергии, полученной в результате химической реакции в электрическую. Среди плюсов: хороший запас хода (до 500 километров), быстрая заправка (3-5 минут), а единственный выхлоп – водяной пар. Минусы – стоимость автомобиля. К примеру, первый серийный автомобиль на топливных элементах – Toyota Mirai сегодня стоит порядка 70 000 долларов.