Тривога з приводу зростаючого застосування гіпергіллястого амінокремнезему пов’язана не стільки з самою технологією, скільки з термінами її впровадження. Ми знаємо цю історію напам’ять. Рівні вуглекислого газу зростають. Кліматологи сходяться на думці, що люди є головним чинником цього процесу, навіть якщо ви все ще чуєте аргументи, що це природний цикл. Ми пливемо цією хвилею, подобається нам це чи ні. Щоб уповільнити цей дрейф, дослідники шукають палива, яке не виділяють CO2 так, як бензин.
Біопаливо, такі як целюлозний етанол із кукурудзи або міскантусу, допомагають. Вони скорочують викиди на 85 відсотків порівняно з викопним паливом. Це значний результат. Але це не нуль. Водень чистіший. Спалить його у двигуні, і єдиним продуктом буде вода. Електрика від вітру або сонця ще краще, тому що вона не робить викидів у точці використання. Підступ полягає в ступені зрілості цих технологій. Вони все ще перебувають на стадії розробки. Їм доводиться долати серйозні перешкоди, такі як високі витрати та низьке “нетто-енергетичне співвідношення”. Ви вкладаєте більше енергії для виробництва палива, ніж отримуєте від спалювання.
Нафта, як і раніше, керує світом. Вона живить літаки, вантажівки та електростанції. Вона домінує у світовій економіці. Тому питання стає очевидним. Якщо ми поки що не можемо відмовитися від нафти, чому б не вловлювати CO2, який вона виділяє?
Саме це і досліджують професор Кріс Джонс та його команда у Технологічному інституті Джорджії. Вони розробили матеріал під назвою гіпергіллястий амінокремнезем (HAS). Він уловлює та зберігає викиди вуглекислого газу. Велике питання залишається відкритим. Чи скоро ми побачимо вихлопні труби з цього матеріалу? І що саме є HAS?
Розуміння гіпергілкового амінокремнезему
Назва громіздка, але концепція проста. HAS це хімічна структура, призначена для захоплення молекул CO2. Він діє як губка для викидів вуглецю. Команда у Технологічному інституті Джорджії спроектувала цей конкретний матеріал, щоб закрити розрив між поточною залежністю від нафти та необхідністю зниження викидів парникових газів. Це не заміна палива. Це стратегія контролю за викидами.
Матеріал працює, взаємодіючи із вихлопними газами. Замість того, щоб дозволити CO2 випаровуватися в атмосферу, HAS зв’язується з ним. Цей процес зберігає вуглець у стабільній формі. Він запобігає попаданню газу, що сприяє парниковому ефекту. Технологія все ще перебуває на дослідницькій стадії. Це не те, що можна встановити на вашому поточному автомобілі сьогодні. Але вона є зрушенням у тому, як ми думаємо про двигуни внутрішнього згоряння.
Чому акцент робиться на уловлюванні, а не на перетворенні? Тому що інфраструктура для нафти надто вкоренилася, щоби замінити її за одну ніч. Зміна всього глобального ланцюжка постачання від сирої нафти до водню або відновлюваної електроенергії займає десятиліття. Уловлювання викидів на джерелі пропонує міст. Це дозволяє існуючим системам працювати з меншим кліматичним слідом.
Наука, що лежить в основі HAS, спирається на його хімічний склад. Частина «амінокремнезем» відноситься до кремній-кисневих зв’язків із приєднаними аміногрупами. Ці аміногрупи реакційноздатні. Вони мають високу спорідненість до вуглекислого газу. «Гіпергілляста» структура збільшує площу поверхні, доступну для цих реакцій. Велика площа поверхні означає більше уловлюваного CO2 на одиницю матеріалу. Ця ефективність є критично важливою для забезпечення життєздатності технології в автомобільних додатках.
Практичні проблеми уловлювання вуглецю
В інженерній справі немає безкоштовного обіду. HAS стикається з тими ж перешкодами, що інші технології альтернативного палива. Вартість – найбільший бар’єр. Виробництво спеціалізованого хімічного
Чому електростанції перевершують автомобілі за викидами вуглецю
Давайте розберемося з математикою. Ви можете припустити, що вихлопна труба є головною проблемою. Але це негаразд. У США вугілля забезпечує 50 відсотків енергії, що живить енергосистему. У глобальному масштабі виробництво електроенергії відповідає за 26% викидів CO2. А транспорт? Усього 13 відсотків. Автомобілі – це симптом. Труби – це джерело.
Саме тому доктор Кріс Джонс із Технологічного інституту Джорджії не дивиться на ваш вихлоп. Він вивчає димові гази, що виходять із промислових труб. Йдеться про матеріал під назвою гіпергіллястий амінокремнезем (HAS). Він виглядає як білий пісок. Це порошок. Але усередині його структура складна.
Джонс і його команда використовували ковалентні зв’язки, щоб зв’язати аміни (органічні сполуки на основі азоту) з кремнеземом (кварцем). В результаті утворюється деревоподібна структура з безліччю гілок. На кінцях цих гілок знаходяться аміногрупи. Ці групи призначені для захоплення молекул CO2 та утримання їх.
Як працює процес уловлювання
Коли димовий газ проходить через з’єднання, CO2 затримується. Він прилипає. Він не випаровується. Щоб повернути його, потрібно нагріти матеріал. Після вивільнення вуглекислий газ можна вловлювати та зберігати. Це називається секвеструванням вуглецю.
Але справа не лише у похованні газу. Є й практичне застосування. У Луїзіані компанія вирощує водорості для біопалива. Вони подають водоростям уловлений CO2. Водорості ростуть. Паливо виготовляється. Цикл повторюється.
Цей підхід має очевидні переваги перед старими методами. По-перше, він переробляється. Команда із Технологічного інституту Джорджії протестувала одну партію 12 разів. Помітного зниження адсорбційної спроможності не спостерігалося. По-друге, він добре справляється із вологістю. У димових газах завжди присутня водяна пара, що зазвичай зводить нанівець інші методи уловлювання. HAS цього не реагує. Зрештою, енерговитрати низькі. Єдина необхідна енергія – це тепло, потрібне для подальшого вивільнення CO2.
Інженерні перешкоди
Поки що це не ідеальне рішення. Існують точки тертя. Реакція між CO2 та аміногрупами виділяє тепло. Матеріал найкраще працює за низьких температур. Тому інженери стикаються із проблемою терморегуляції. Їм потрібно швидко відводити тепло, щоб зв’язування залишалося ефективним.
Потім є питання фізичного застосування. Як помістити це у трубу? Заповнити її як піском? Створити знімні диски, які герметизують отвори у трубі? Це практичні інженерні питання, які поки що залишаються відкритими.
Підсумок
Чи буде у вашого автомобіля вихлопна труба з HAS? Скоріш за все, ні. Зберігання вуглецю від кожного окремого автомобіля занадто дороге та неефективне. Масштаб не той.
Але якщо Технологічний інститут Джорджії зможе очистити труби, вплив буде величезним. Ви націлюєтеся на найбільше джерело викидів, а не на найменше. Це інша стратегія. Це більш масштабний крок. І якщо вони зможуть вирішити проблеми із теплом та застосуванням, це стане життєздатним шляхом до зниження глобального рівня CO2. Водорості в Луїзіані вже зростають. Питання в тому, чи будуть за ними труби.
