Bude lodě a letadla pohánět benzín vyrobený ze vzduchu či vody?
Malý letecký model, který v dubnu letošního roku proháněli ve vzduchu na letecké základně američtí výzkumníci, je možná předzvěstí velkých událostí. Výzkumné laboratoře amerického námořnictva otestovaly v jeho nijak neupravovaném motoru úspěšně možnosti nového paliva - získaného z mořské vody.
„Námořnictvo bylo vždy v čele energetické inovace. Vytvořili jsme nové možnosti, když jsme se přesunuli z plachet na uhlí, od uhlí k ropě, a pak představili jaderný pohon. Palivo získávané z mořské vody, pokud je vyráběno úsporně v potřebném rozsahu, může poskytnout nový zdroj energie pro naše lodě a letadla. To nám umožní menší závislost na palivu z určitých přístavů, pomůže snížit nebo téměř eliminovat potřebu doplňování paliva, které jsou dnes z provozního hlediska Achillovou patou armádní logistiky. Odpadla by nutnost vracet se do přístavů, či čekat na moři na setkání s tankery se zásobami pohonných hmot,” komentoval informace o úspěších výzkumníků vice admirál Phil Cullom, zástupce náčelníka námořních operací pro připravenost a logistiku.
Benzín z moře...
Tým výzkumníků Naval Research Laboratory (NRL) pod vedením doktorky Heather Willauerové nedávno oznámil, že se jim podařilo vyvinout technologii, která umožňuje přeměnu mořské vody na palivo z kapalného uhlovodíku, a potenciálně vyrábět toto palivo přímo na moři. Jako důkaz úspěšnosti této koncepce otestovali vědci nové kapalné uhlovodíkové palivo v rádiem řízeném modelu legendární stíhačky P51 Mustang a tím prokázali jeho schopnost napájet neupravený dvoutaktní spalovací motor letadla. K jeho výrobě využili proces, který extrahuje kysličník uhličitý (CO2) a produkuje plynný vodík (H2) z mořské vody, a následně katalyticky převádí procesem plyn-kapalina (gas-to-liquid, GTL) kysličník uhličitý a vodík na palivo.
„V úzké spolupráci s úřadem Naval Research P38 programu Naval Reserve, vyvinula NRL unikátní systém technologie pro současné získávání CO2 a H2 z mořské vody. Je to poprvé, kdy byla úspěšně ověřena technologie tohoto druhu s potenciálem pro přechod z laboratoře k obchodní realizaci v plném rozsahu," říká výzkumný chemik NRL Dr. Heather Willauerová.
S použitím inovativního proprietárního a NRL patentovaného modulu elektrolytické výměny kationtů CO2 (E-CEM), jsou jak rozpuštěný, tak vázaný kysličník uhličitý vyjmuty z mořské vody s účinností 92% způsobem, který opětovně udržuje rovnováhu uhličitanu a hydrogenuhličitanu na CO2 a současně produkuje vodík. Plyny jsou pak v systému reaktoru převedeny na kapalné uhlovodíky pomocí kovového katalyzátoru.
CO2 ve vzduchu a v mořské vodě je bohatým zdrojem uhlíku, ale koncentrace v oceánu (100 mg/l) je asi 140krát větší, než je ve vzduchu, a odpovídá prakticky 1/3 koncentrace CO2 v plynových zásobnících (296 mg/l). Dvě až tři procenta CO2 v mořské vodě tvoří rozpuštěný plyn CO2 ve formě kyseliny uhličité, 1 % je uhličitan, a zbývajících 96 - 97 % je vázáno v bikarbonátu, roztoku hydrogenuhličitanu.
NRL učinila významný pokrok ve vývoji procesu syntézy plynů na kapaliny (GTL) převádějícího CO2 a H2 z mořské vody do palivové frakce v podobě molekul C9 - C16. V prvním kroku patentované technologie byl vyvinut katalyzátor na bázi železa, který může dosáhnout až o 60 % lepší úrovně konverze CO2 a snížit nežádoucí produkci metanu ve prospěch nenasycených uhlovodíků (olefinů) s delším řetězcem. Tyto uhlovodíky s přidanou hodnotou z tohoto procesu slouží jako stavební kameny pro výrobu průmyslových chemikálií a značkových paliv.
Ve druhém stupni mohou být olefiny pomocí řízené polymerace převedeny na sloučeniny s vyšší molekulovou úrovní. Výsledná kapalina obsahuje molekuly uhlovodíku v uhlíkovém rozmezí C9 - C16, které jsou vhodné pro použití jako možné nahrazení tryskových paliv na ropné bázi obnovitelnými zdroji. Předpokládané náklady na tryskové palivo pomocí těchto technologií jsou v rozmezí 3 - 6 dolarů za galon, a výzkumníci odhadují, že tento přístup by mohl být komerčně životaschopný během příštích 7 - 10 let. Pokračování dálkových pokusů s pozemními základnami by mohlo být prvním krokem k budoucím řešením na mořské bázi.
NRL zatím vytvořilo systém fungující v laboratorních podmínkách, který využívá pevný systém katalytického reaktoru a tato prototypová jednotka potvrdila přítomnost požadovaných molekul C9 - C16 v kapalině. Zařízení je však prvním krokem k přechodu na tuto technologii ke komerčním modulárním reaktorům, které mohou být škálovány zvýšením délky a počtu reaktorů přidáním jednotlivých E-CEM modulů tak, aby systém splňoval požadavky na dodávky pohonných hmot.
Procesní efektivitou a schopností současně produkovat velké množství vodíku zpracováním mořské vody bez potřeby další chemické látky nebo znečišťující látky, pokročila tato technologie mnohem dále než dříve vyvíjené a testované membrány a ionexové technologie pro využití CO2 z mořské vody nebo vzduchu.
...i ze vzduchu a vody
Nejde o první pokus vyrábět benzín pomocí jiné technologie a z jiných surovin než je zatím obvyklé. Už před několika lety zahájili výzkumníci z britské firmy Air Fuel Synthesis (AFS) projekt, který má ověřit možnost vyrobit benzin pouze ze vzduchu a vody. Jejich výrobní technologie je založena na získávání oxidu uhličitého ze vzduchu a vodíku z vody, kdy sloučením a dalším zpracováním těchto látek vzniká metanol, který je následně přeměněn v benzin. Takto vzniklé palivo by mělo mít stejné využití jako „klasický“ benzin, ale bylo by vyráběno z obnovitelných zdrojů a díky tomu, že má nulovou tzv. uhlíkovou stopu, by se tak v budoucnu mohlo stát jedním ze „zelených” paliv.
Základním problémem je však jako obvykle u podobných projektů cena a energetická náročnost, což přiznávají i britští výzkumníci: „Nemůžeme ho vyrábět za cenu, která je běžná na čerpacích stanicích, ale jednou snad budeme. Všechno, co potřebujeme k jeho výrobě, je obnovitelná energie, takže až bude problém s ropou, budeme moci udržet auta v chodu nebo letadla v pohybu," je přesvědčen Peter Harrison ze společnosti AFS. Podle informací agentury Reuters zabrala ovšem výroba pěti litrů syntetického benzinu tři měsíce, a byl vyroben v rámci několikaletého projektu, který stál více než milion liber. Výroba existuje zatím jen v podobě technologického demonstrátoru.
Podle harmonogramu na webových stránkách firmy by do roku 2015 měla vyrůst zkušební továrna produkující denně 1 - 10 t syntetického benzínu, ve 2. fázi dojít ke komercionalizaci a ve 3. a 4. etapě plánovaných na léta 2015 - 2020 a 2020 - 2025 k výstavbě a rozvoji dalších výrobních jednotek a nástupu této technologie do praxe. O dalším pokroku projektu, který před pár lety vzbudil pozornost médií však zatím web www.airfuelsynthesis.com s prezentacemi a marketingovou propagací technologie cudně mlčí a sekce s aktuálními zprávami slibuje brzkou aktualizaci.
538
