Теперь исследовательская группа Северо-Западного университета предлагает практический способ сделать корабли совместимыми₂ нейтральный - или даже СО₂ отрицательный - с CO₂- захват твердооксидных топливных элементов. После "сжигания" традиционного топлива на основе углерода топливный элемент генерирует концентрированный CO₂ которые могут храниться на борту корабля. Оттуда, СО₂ может быть либо изолирован, либо переработан в возобновляемое углеводородное топливо.

Команда представляет свой анализ в разделе "Жизнеспособность транспортных средств, использующих бортовой CO₂ захват", опубликованный сегодня (18 августа) в журнале Энергетические письма ACS. В документе команда рассматривает различные факторы, в том числе объемы хранения топлива и требования к массе для широкого спектра классов транспортных средств - от легковых автомобилей малой грузоподъемности до танкеров - и сравнивает бортовые CO₂ возможность подключения к электрическим батареям и водородным топливным элементам.

"Возможно, людям будет труднее увидеть на борту CO₂ захват как благоприятный для климата, потому что он использует обычные виды топлива на основе углерода", - сказал Скотт А. Барнетт из Northwestern, старший автор исследования. "Люди склонны считать, что водородные топливные элементы и электромобили более благоприятны для климата. На самом деле это часто не так. Электричество может вырабатываться при сжигании угля, а водород часто производится из природного газа, который выделяет много CO₂ в процессе."

Эксперт по твердооксидным топливным элементам, Барнетт является профессором материаловедения и инженерии в Северо-Западной инженерной школе Маккормика. Он был соавтором статьи с Трэвисом Шмауссом, доктором философии в его исследовательской группе.

Почему батареи не являются жизнеспособным решением

Ответственный за производство около гигатонны CO₂ каждый год суда могут потреблять до 250 тонн топлива в день. Хотя может показаться заманчивым заменить такое огромное количество топлива батареями, это просто не вариант.

"Некоторым танкерам требуется достаточно топлива, чтобы совершить кругосветное плавание в рамках их обычной многовагонной операции", - сказал Барнетт. "Мы подсчитали, что аккумуляторная батарея для танкера дальнего плавания займет больше места, чем вместимость судна. Водородный топливный бак также был бы слишком большим. Когда дело доходит до транспортных средств большой дальности, топливо на основе углерода в сочетании с бортовым CO₂ захват, возможно, лучший способ сделать эти транспортные средства совместимыми₂ нейтральный."

Предлагаемый способ также имеет потенциальные преимущества для транспортных средств меньшей дальности. Однако аккумуляторные электрические и водородные топливные элементы уже внедряются для этих типов транспортных средств, поэтому исследователи вместо этого предлагают внедрить CO₂-нейтральный расширитель диапазона.

Решение для хранения данных

Для хранения CO₂ на борту команда Барнетта предложила запатентованный двухкамерный резервуар для хранения. В одной камере хранится топливо на основе углерода. После прохождения топливных циклов через топливный элемент для выработки энергии CO₂ побочный продукт находится под давлением и вводится во вторую камеру. Перегородка между камерами может перемещаться, уменьшая топливную камеру по мере использования топлива, освобождая место для CO₂ в другой комнате.

"Твердооксидный топливный элемент имеет решающее значение, потому что он сжигает топливо с чистым кислородом, получая концентрированный CO₂ продукт, который можно хранить", - сказал Шмаусс. "Если бы мы просто сжигали топливо с воздухом, оно было бы сильно разбавлено азотом, что дало бы слишком много газа для хранения. Когда концентрированный CO₂ будучи сжатым, его можно хранить в объеме, не намного превышающем тот, который необходим для топлива, что экономит место."

"У этой технологии действительно нет никаких серьезных препятствий для того, чтобы заставить ее работать", - добавил Барнетт. "Вам просто нужно заменить топливный бак на двухкамерный и добавить CO₂компрессоры. И, конечно, в конечном итоге должна быть разработана инфраструктура для разгрузки CO₂ и либо изолировать, либо использовать его".

Движение к чистому нулю

При таком сценарии, по словам исследователей, возможно создание транспортных средств большой дальности.₂ отрицательный. Это возможно при использовании биотоплива, такого как этанол, поскольку заводы, используемые для производства топлива, потребляют CO₂ из атмосферы. Затем, после того как транспортное средство израсходовало топливо, захваченный CO₂ снимается с судна и изолируется под землей или используется для производства возобновляемого топлива. Если транспортное средство использует ископаемое топливо вместо биотоплива, то результирующий общий цикл ближе к чистому нулю.