Если вы разберете любое углеводородное топливо, вы обнаружите два основных ингредиента — углерод и водород. Это два элемента, которых много на Земле. Фактически, водород — самый распространенный элемент во Вселенной, и мы все знаем, что в атмосфере содержится много углерода в форме CO2. Возникает вопрос: в условиях истощения природных ресурсов и нестабильности рынка, не могли бы мы просто соединить несколько атомов, чтобы получить топливо? Хотя это очевидное и огромное упрощение, группа китайских ученых работает над технологией, которая делает именно это.
Ученые из Шанхайского института перспективных исследований (SARI) создали длинноцепочечные углеводороды, используемые в реактивном топливе, путем объединения отработанного CO2 с водой (каждая молекула воды содержит два атома водорода). Мы рассмотрим химию этого процесса позже, но, проще говоря, он использует метод, известный как «обратное сжигание», для преобразования CO2 и водорода в длинные углеводородные цепи. Процесс, разработанный командой SARI, преобразует эти газы в углеводороды, некоторые из которых попадают в диапазон молекулярной массы, характерный для реактивного топлива, а именно от C8 до C16, где число обозначает количество атомов углерода в цепи.
Большая часть технологий создания углеводородного топлива из его составных элементов не нова. Например, процесс Фишера-Тропша был разработан еще в 1920 году. Однако он основан на синтез-газе, который производится из угля, газа или биомассы. А совсем недавно ВМС США даже вмешались, когда попытались производить топливо для реактивных двигателей из воздуха и воды.
Что мы знаем о прорыве Китая в области альтернативного топлива
Суть процесса проста: возьмите два ингредиента, смешайте их вместе, и вуаля — топливо для реактивных двигателей. Однако, хотя рецепт хорошо известен, «процесс приготовления» всегда сталкивался с серьезным препятствием — эффективным преобразованием составляющих элементов в углеводороды. При этом наши автомобили не новички в синтетических жидкостях — уже существует множество популярных марок синтетических масел, которые мы с удовольствием используем в наших автомобилях.
Прорыв команды ТОРИ стал результатом использования катализатора в этом процессе. Используя катализатор на основе железа с добавками алюминия и калия, ученые создали процесс, который, возможно, преодолел эти препятствия. Не будем вдаваться в технические подробности, но в процессе получается около 454 мл тяжелых олефинов на грамм катализатора в час — тяжелые олефины представляют собой класс углеводородов с длинной цепью. Используя один конкретный «рецепт» катализатора (FeAlK8, если дать ему правильное название), процесс превратил почти половину поступающего CO2 — около 49% — в углеводороды.
Катализатор также позволил завершить процесс при относительно низкой температуре (626 градусов по Фаренгейту) и давлении около 290 фунтов на квадратный дюйм. Для сравнения, в средней автомобильной шине давление составляет около 32–35 фунтов на квадратный дюйм, а в процессе Фишера-Тропша, который выполняет аналогичную алхимию, используется давление от 150 до 600 фунтов на квадратный дюйм. Наконец, полученное топливо оставалось термически стабильным в течение 800-часового испытания. Это полезный атрибут, когда вы находитесь посреди океана на высоте 39 000 футов. Это пока не решит проблему топлива на планете, но это шаг к тому, чтобы сделать системы преобразования CO2 в топливо экономически конкурентоспособными.
Может ли синтетическое топливо Китая решить глобальные нефтяные проблемы?
Короткий ответ: нет. Синтетическое топливо Китая не решит глобальные нефтяные проблемы — по крайней мере, пока. Хотя прорыв, несомненно, впечатляет, он не сделает нефтяные танкеры устаревшими в одночасье. По-прежнему существует значительная пропасть (во многих отношениях) между созданием синтетического топлива в лаборатории и созданием его в достаточном количестве, чтобы удовлетворить хотя бы часть мирового спроса. Но еще до этого этапа топливо должно пройти строгую сертификацию и испытания на безопасность; соответствие этим стандартам необходимо, если оно будет широко использоваться в коммерческой авиации.
Это стандарты, которые гарантируют, что мы, к счастью, не услышим, как пилоты сообщают о сбоях с топливом во время трансатлантического полета. Также следует учитывать энергетический фактор. Хотя в этом процессе в качестве исходных ингредиентов используются отходы CO2 и вода, их превращение в топливо для реактивных двигателей требует значительного количества электроэнергии. Если эта энергия поступает из ископаемого топлива, то экологические преимущества этого топлива становятся менее очевидными. По крайней мере, с точки зрения устойчивости, этот процесс должен быть основан на возобновляемых или экологически чистых источниках энергии.
Это новая технология, которая еще может сыграть роль в уменьшении глобальной зависимости от ограниченных природных ресурсов с и без того напряженной цепочкой поставок. Эта технология не является быстрым решением проблемы растущих цен на авиационное топливо, но она может стать еще одним шагом к избавлению от нашей зависимости от топлива, добываемого из-под земли.
