Энергия из воздуха, виски, фекалий и другие удивительные проекты
Приложение Русской службы BBC News доступно для IOS и Android. Вы можете также подписаться на наш канал в Telegram.
Автор фото, Wessex Water
Биоотходы одного человека за год могут обеспечить такой автобус топливом на 60 км
Российские ученые разработали способ утилизации углекислого газа и преобразования его в топливо. В случае реализации их идея позволит аккумулировать и использовать энергию, добытую так называемым чистым путем - буквально из воздуха.
О возможности накапливать энергию и одновременно перерабатывать вредные выбросы в атмосферу сообщило 17 октября 2017 года издание сибирского отделения РАН "Наука в Сибири".
Водород (H2), который высвобождается в результате электролиза воды, при определенных условиях реагирует с углекислым газом (CO2), который ученые предлагают брать прямо из воздуха. В результате химической реакции получается метан CH4 и вода.
"Энергия в этом топливе хранится в форме химических связей, и ее можно использовать по мере потребности. Инфраструктура для таких технологий уже существует - способные транспортировать CH4 на большие расстояния газопроводы, хранилища, системы доставки к конечному потребителю", - рассказала научный сотрудник Института катализа им. Г.К.Борескова СО РАН кандидат химических наук Жанна Веселовская.
Добыть углекислый газ можно где угодно, но для этого необходим сорбент, который будет "собирать", то есть концентрировать CO2. В качестве сорбента ученые новосибирского института использовали карбонат калия (K2CO3).
Чтобы ускорить процесс концентрации CO2, ученые подключили к реакции пористый носитель (похожий на губку с наноразмерными порами, пишет "Наука в Сибири"), специально разработанный ими для этой реакции.
Автор фото, Sean Gallup/Getty Images
Содержание углекислого газа в атмосфере планеты стремительно растет
"Тот факт, что карбонат калия взаимодействует с углекислым газом на воздухе, хорошо известен и открыт не нами. Сорбенты на основе карбоната калия тоже изучались ранее. Вместе с тем работ по применению этих материалов для сорбции углекислого газа из воздуха практически не было - равно как и по совмещению технологии концентрирования атмосферного CO2 с его последующим метанированием", - передает издание слова Веселовской.
В действительности все не так просто. Из школьного курса химии известно, что водород и углекислый газ реагируют напрямую лишь при высокой температуре, что требует дополнительной энергии.
Однако недавно химики из университета Дьюка в США нашли способ упростить эту реакцию. Они обнаружили, что при наличии ультрафиолета и катализатора - наночастиц родия - реакция получения метана из водорода и углекислого газа протекает легко и быстро.
Такой процесс получения синтетического газового топлива становится не только энергоэффективным, но и максимально чистым.
Резкий скачок
Мы уже привыкли к тому, что энергия добывается из воды, из ветра, из солнечных лучей. Но они есть не везде.
Воздух же и углекислый газ в его составе есть всюду. И концентрация СО2 в земной атмосфере растет - люди дышат, печи горят, двигатели выбрасывают отработанный газ.
Диоксид углерода - один из парниковых газов. Сейчас содержание углекислого газа в атмосфере планеты равно 400 ppm (долей на миллион). Это значит, что в одном кубометре воздуха 400 мл CO2.
На протяжении сотен тысяч лет в атмосфере Земли не было такого объема CO2, какой мы наблюдаем в последние несколько десятков лет. Это заставляет ученых искать новые способы добычи чистой энергии.
Холодно, тепло, горячо
Существуют проекты, позволяющие добывать энергию из лавы, растительного масла, человеческих тел и отходов жизнедеятельности, а также микроорганизмов, мусора и некоторых напитков.
Самым очевидным из вышеперечисленного кажется жидкая магма: она раскаленная, у нее огромный объем тепловой энергии - так почему бы этим не воспользоваться?
Но использование жидкой магмы в качестве источника энергии не распространено: за это пока взялись лишь в Исландии. В рамках проекта Iceland Deep Drilling бур "Тор" сверлит Срединно-Атлантический хребет земной коры, который проходит через остров Исландия.
Автор фото, HALLDOR KOLBEINS/AFP/Getty Images
Геотермальная электростанция в Исландии, участвующая в проекте The Iceland Deep Drilling
На глубине в несколько километров, в условиях огромного давления вода нагревается расплавленной магмой до сверхкритического состояния, при котором исчезает различие между жидкостью и газом. Сверхкритическая вода, имеющая температуру 400-600 градусов по Цельсию, извлекается на поверхность и используется в качестве источника энергии.
Как замечает в своей статье Пит Роули, вулканолог из Университета Портсмута, сверхкритическая вода может генерировать энергию объемом до десяти раз больше, чем обычные геотермальные источники. Потенциальными местами ее добычи могут стать территории, где находятся молодые вулканы.
Автор фото, BERNARD MERIC/AFP/Getty Images
Нагретая лавой до сверхкритического состояния вода может быть источником энергии
Мы быстро, просто и понятно объясняем, что случилось, почему это важно и что будет дальше.
Конец истории Подкаст
В качестве альтернативных и возобновляемых источников энергии ученые рассматривают не только высокотемпературные. Некоторые специалисты уверены, что температуры человеческого тела может быть вполне достаточно.
Шведская компания Jernhusen еще несколько лет назад придумала, как обогревать здание в Стокгольме энергией теплом тел пассажиров расположенного рядом Центрального вокзала.
Как отмечала компания, она не отнимала тепло у пассажиров, а лишь использовала избыточное - то, что все равно бы ушло в атмосферу.
Этот способ экологичен, но у него есть свои минусы. Для того, чтобы транспортировать такую энергию из одного здания в другое, нужно, чтобы они находились относительно близко, а людской поток в помещении-источнике должен быть интенсивным. Это сужает возможности применения технологии.
То же самое можно сказать о способе, который предложила американская компания EnGoPlanet: она установила в Лас-Вегасе фонари, которые обеспечиваются электричеством благодаря кинетической энергии - аккумуляторы заряжаются, когда мимо кто-то проходит.
Один человеческий шаг генерирует 4-8 ватт, но чтобы фонари работали всю ночь, нужно много прохожих. Это реально, но применимо не везде.
Шокирующие технологии
В Дании, Швеции и Британии крематории продают избытки энергии, которая получается в результате сжигания тел умерших. Эта энергия идет на обогрев домов, а британский крематорий в Дареме даже преобразовывает ее в электричество.
Автор фото, YE AUNG THU/AFP/Getty Images
В некоторых странах крематории продают избытки энергии, которая получается в результате сжигания тел
За одну кремацию выделяется энергия, которой хватит на питание полутора тысяч телевизоров в течение часа. Кого-то такой источник энергии может шокировать, но сторонники этой идеи считают, что вклад в экологию - достаточный аргумент.
Неоднозначным выглядит еще один источник энергии - фекалии. Так называемый Bio-Bus, который отправила на британские дороги бристольская компания GENeco, ездит на полученном из фекалий биогазе.
За один 15-мильный маршрут Bio-Bus отрабатывает отходы более 30 тысяч домохозяйств. Сначала он ездил между городами Бат и Бристоль, затем его пустили и по улицам Бристоля.
Технология подобная той, что использует GENeco, применяется широко по всему миру, рассказывает на своем сайте норвежская компания Cambi. Запатентованный ей способ термального гидролиза используют в более чем 20 странах мира.
Автор фото, Sean Gallup/Getty Images
Фабрики по переработке навоза активно строят в Германии с 2000-х годов
Он применяется в том числе и на заводе по переработке биоотходов в Вашингтоне. Биомассу нагревают под высоким давлением примерно до 160℃, после чего она проходит процедуру анаэробного (то есть в отсутствие кислорода) разложения. В результате получается биогаз, который потом и становится источником энергии.
"Когда в следующий раз вы будете нажимать на кнопку слива в своем туалете в столице [американской] нации, учтите, что вы - или, точнее, то, что вы слили, - помогает генерировать чистую энергию", - писала газета Washington Post.
Не только биомасса годна для переработки в топливо, но и твердый мусор. Это хорошо усвоили в Швеции - процент мусора, который отправляется на свалки, там стремится к нулю. Почти все отходы перерабатываются, в том числе в тепло и электричество. Мусор же на свалках выделяет метан и вредит экологии.
С этим также пытаются бороться британские компании Bio-Bean и Celtic Renewables. Первая была основана в 2013 году и занимается переработкой отходов кофейной индустрии в биотопливо. Среди ее партнеров - крупная сеть кофеен Costa Coffee, чьи производственные отходы на территории Британии составляют примерно 3 тысячи тонн в год.
Celtic Renewables же занимается сбором и переработкой отходов от производства скотча, которым занимается сотня вискокурен в Шотландии. Чистый виски на выходе из дистиллятора составляет лишь 10% от общего объема сырья, остальное идет в отходы.
Celtic Renewables перерабатывает эти отходы в электричество, а также путем ABE-брожения (процесса ацетоно-бутилового разложения углеводов, открытого в начале XX века химиком Хаимом Вейцманом) синтезирует топливо для дизельных двигателей. В июле 2017 года компания впервые продемонстрировала автомобиль на своем "вискотопливе".