Obavy z rostoucího používání hyperrozvětvené aminosiliky mají méně společného se samotnou technologií a více s načasováním jejího zavedení. Tento příběh známe nazpaměť. Hladina oxidu uhličitého stoupá. Klimatologové se shodují, že hlavním faktorem v tomto procesu jsou lidé, i když stále slyšíte argumenty, že jde o přirozený cyklus. Jedeme na této vlně, ať se nám to líbí nebo ne. Aby výzkumníci zpomalili tento posun, hledají paliva, která nevypouštějí CO2 tolik jako benzín.
Pomáhají biopaliva, jako je celulózový etanol z kukuřice nebo miscanthus. Ve srovnání s fosilními palivy snižují emise o 85 procent. To je významný výsledek. Ale není to nula. Vodík je čistší. Spalte to v motoru a jediným produktem bude voda. Elektřina z větru nebo slunce je ještě lepší, protože v místě použití neprodukuje žádné emise. Háček je ve vyspělosti těchto technologií. Jsou stále ve vývoji. Musí překonat vážné překážky, jako jsou vysoké náklady a nízký poměr čisté energie. Do výroby paliva vložíte více energie, než získáte jeho spalováním.
Ropa stále vládne světu. Pohání letadla, nákladní auta a elektrárny. Dominuje světové ekonomice. Otázka se proto stává zřejmou. Pokud se ještě nemůžeme vzdát ropy, proč nezachycovat CO2, který vypouští?
Přesně to zkoumá profesor Chris Jones a jeho tým na Georgia Tech. Vyvinuli materiál zvaný hyperbranched aminosilica (HAS). Zachycuje a ukládá emise oxidu uhličitého. Velká otázka zůstává otevřená. Dočkáme se brzy výfuků vyrobených z tohoto materiálu? A co to vlastně HAS je?
Pochopení hyperrozvětvené aminosiliky
Název je těžkopádný, ale koncept je jednoduchý. HAS je chemická struktura navržená k zachycení molekul CO2. Působí jako houba na emise uhlíku. Tým z Georgia Tech navrhl tento konkrétní materiál, aby překlenul propast mezi současnou závislostí na ropě a potřebou snížit emise skleníkových plynů. Nejedná se o výměnu paliva. Jedná se o strategii kontroly emisí.
Materiál funguje interakcí s výfukovými plyny. Místo aby umožnil CO2 uniknout do atmosféry, HAS se na něj váže. Tento proces ukládá uhlík ve stabilní formě. Zabraňuje vstupu plynů, které přispívají ke skleníkovému efektu. Technologie je stále ve fázi výzkumu. To není něco, co lze dnes nainstalovat na vaše současné auto. Představuje ale posun v tom, jak přemýšlíme o spalovacích motorech.
Proč je kladen důraz na zachycení spíše než na transformaci? Protože infrastruktura pro ropu je příliš zakořeněná na to, aby mohla být přes noc nahrazena. Změna celého globálního dodavatelského řetězce ze surové ropy na vodík nebo obnovitelnou elektřinu trvá desetiletí. Zachycování emisí u zdroje nabízí most. To umožňuje stávajícím systémům pracovat s menší klimatickou stopou.
Věda za HAS spoléhá na jeho chemické složení. Část „aminosilika“ odkazuje na vazby křemík-kyslík s připojenými aminoskupinami. Tyto aminoskupiny jsou reaktivní. Mají vysokou afinitu k oxidu uhličitému. “Hyperrozvětvená” struktura zvětšuje plochu povrchu dostupnou pro tyto reakce. Větší plocha znamená více zachyceného CO2 na jednotku materiálu. Tato účinnost je rozhodující pro zajištění životaschopnosti technologie v automobilových aplikacích.
Praktické výzvy zachycování uhlíku
Ve strojírenství není oběd zdarma. HAS čelí stejným překážkám jako jiné technologie alternativních paliv. Náklady jsou největší překážkou. Výroba specializovaných chemikálií
Proč elektrárny překonávají automobily v emisích uhlíku
Pojďme přijít na matematiku. Můžete předpokládat, že hlavním problémem je výfukové potrubí. Ale to není pravda. V USA uhlí poskytuje 50 procent energie napájející síť. Celosvětově je výroba elektřiny zodpovědná za 26 procent emisí CO2. A co doprava? Jen 13 procent. Auta jsou symptom. Zdrojem jsou trubky.
To je důvod, proč se Dr. Chris Jones z Georgia Tech nedívá na váš výfuk. Studuje spaliny vycházející z průmyslových komínů. Hovoříme o materiálu zvaném hyperrozvětvená aminosilika (HAS). Vypadá to jako bílý písek. Toto je prášek. Ale uvnitř je jeho struktura složitá.
Jones a jeho tým použili kovalentní vazby k propojení aminů (organické sloučeniny na bázi dusíku) s oxidem křemičitým (křemen). Výsledkem je stromovitá struktura s mnoha větvemi. Na koncích těchto větví jsou aminoskupiny. Tyto skupiny jsou navrženy tak, aby zachycovaly molekuly CO2 a udržovaly je.
Jak proces zachycení funguje
Při průchodu spalin tímto připojením se zachytí CO2. To se lepí. Nezmizí. Chcete-li jej vrátit, musíte materiál zahřát. Jakmile se oxid uhličitý uvolní, může být zachycen a uložen. Tomu se říká sekvestrace uhlíku.
Ale není to jen o pohřbívání plynem. Nechybí ani praktické aplikace. V Louisianě společnost pěstuje řasy na výrobu biopaliva. Krmí řasy zachyceným CO2. Řasy rostou. Vyrábí se palivo. Cyklus se opakuje.
Tento přístup má jasné výhody oproti starším metodám. V první řadě je to recyklovatelné. Tým Georgia Tech testoval jednu šarži 12krát. Nebyl pozorován žádný znatelný pokles adsorpční kapacity. Za druhé, dobře se vyrovnává s vlhkostí. Spaliny vždy obsahují vodní páru, která obvykle neguje jiné způsoby zachycování. HAS na to nereaguje. V neposlední řadě jsou náklady na energii nízké. Jedinou potřebnou energií je teplo potřebné k následnému uvolnění CO2.
Technické překážky
To zatím není ideální řešení. Jsou tam třecí body. Reakcí mezi CO2 a aminoskupinami vzniká teplo. Materiál funguje nejlépe při nízkých teplotách. Proto se inženýři potýkají s problémem termoregulace. Potřebují rychle odvést vzniklé teplo, aby vazba zůstala účinná.
Pak je tu otázka fyzické aplikace. Jak to dát do potrubí? Naplnit to jako písek? Vytvořit vyjímatelné disky, které utěsní otvory v potrubí? To jsou praktické inženýrské otázky, které zůstávají otevřené.
Shrnutí
Bude mít vaše auto výfuk HAS? S největší pravděpodobností ne. Skladování uhlíku z každého jednotlivého vozidla je příliš drahé a neefektivní. Měřítko není stejné.
Ale pokud Georgia Tech dokáže vyčistit potrubí, dopad bude obrovský. Cílíte na největší emitor, ne na nejmenší. To je jiná strategie. Toto je větší krok. A pokud dokážou vyřešit problémy s teplem a aplikací, bude to schůdná cesta ke snížení globální úrovně CO2. V Louisianě už rostou řasy. Otázkou je, zda budou následovat trubky.
