Выбросы парниковых газов в судоходном секторе формируются как один из самых сложных сегментов выбросов, который необходимо устранить — и даже если они являются относительно небольшими частями (около 1,7 процента от общих глобальных выбросов), с ними все равно необходимо бороться. . Но гигантские тяжелые корабли, продвигающиеся по воде на тысячи миль за раз, требуют огромного количества энергии, и найти жизнеспособные альтернативы морскому дизельному топливу оказывается чрезвычайно сложно.
Бортовые ядерные реакторы обеспечивают чрезвычайно чистый радиус действия для больших лодок, таких как атомные ледоколы и подводные лодки, но они слишком дороги для грузовых перевозок, которые должны быть дешевыми, чтобы поддерживать 90-процентную долю мировой торговли, которую они обеспечивают. Батареи не запускаются из-за их низкой плотности энергии. Водород, аммиак и углеродно-нейтральное электротопливо вселяют некоторую надежду, но пока они не будут испытаны в масштабе, необходимо изучить другие альтернативы.
Вот увлекательное предложение исследовательской группы Северо-Западного университета: что, если большие корабли будут продолжать использовать углеводороды, пользуясь своей высокой плотностью энергии и хорошо налаженной инфраструктурой доставки, но улавливают все выбросы углерода на борту и выгружают этот углерод, чтобы быть геосеквестировать глубоко под землей в каждом порту назначения?
Корабли не могли использовать обычные двигатели внутреннего сгорания; они выделяют не только CO2, но и большое количество азота, поэтому выхлопных газов будет слишком много, чтобы их улавливать и хранить на борту.
Вместо этого они будут работать на электрическом двигателе с энергией, вырабатываемой из углеводородов с использованием твердооксидного топливного элемента или SOFC. Работая с нулевым уровнем выбросов с использованием водорода в качестве топлива, они также способны вырабатывать электроэнергию из углеводородного топлива с высокой эффективностью, низкой стоимостью и простым оборудованием. Побочными продуктами являются вода и углекислый газ, что упрощает их улавливание и хранение по отдельности.
«Твердооксидный топливный элемент имеет решающее значение, — говорит член исследовательской группы Трэвис Шмаусс, — потому что он сжигает топливо с чистым кислородом, давая концентрированный продукт CO2, который можно хранить. Если бы мы просто сожгли топливо с воздухом, оно было бы сильно разбавлено азотом, давая слишком много газа для хранения. Когда концентрированный СО2 сжимается, его можно хранить в объеме, не намного превышающем объем, необходимый для топлива, что экономит место ».
План требует, чтобы топливный бак корабля был снабжен подвижной перегородкой, чтобы по мере израсходования топлива топливная сторона бака могла сжиматься, а CO2 можно было сжимать с помощью стандартных компрессоров и использовать для заполнения бака. Сжатие, по мнению группы, приведет к истощению около 2 процентов энергии, вырабатываемой SOFC.
Подвижная перегородка в топливном баке позволит принимать CO2 по мере расходования топлива, сжатого до такой степени, что при заданном объеме топлива будет образовываться лишь немного больший объем CO2. Северо-Западный университет
В порту назначения может произойти обратное; углерод будет откачиваться по мере закачки топлива, и его можно будет удалить для долгосрочного улавливания. При использовании обычного углеводородного топлива это будет процесс с нулевыми выбросами. Использование электротоплива, улавливающего углерод, даже отрицательно скажется на углероде. Если какая-то форма водорода окажется жизнеспособной альтернативой, она может работать и на этом.
«Эта технология действительно не имеет серьезных препятствий для ее работы», — говорит Скотт Барнетт, старший автор исследования и эксперт по SOFC. «Вам просто нужно заменить топливный бак на двухкамерный и добавить компрессоры CO2. И, конечно же, в конечном итоге должна быть развита инфраструктура для отвода СО2 и его улавливания или использования ».
Другие исследователи SOFC, похоже, не согласны с предполагаемым отсутствием препятствий у Барнетта. В исследовании 2020 года, опубликованном в журнале Materials for Renewable and Sustainable Energy, исследователи Най Ши и др. утверждают, что «при работе на углеводородном топливе SOFC сталкивались с большими трудностями как с точки зрения производительности, так и с точки зрения стабильности, что следует отнести к медленным реакциям окисления углеводородов. сильные реакции отложения углерода и возможные реакции отравления серой на аноде «.
Тем не менее, Барнетт работал над исследованиями SOFC на углеводородном топливе не менее 16 лет , поэтому нет оснований сомневаться в его авторитете в этой теме.
Это интересное предложение, от которого не нужно ждать будущих разработок в области энергетического топлива. Если SOFC, работающие на углеводородном топливе, действительно готовы к использованию в прайм-тайм, то, возможно, мы ищем относительно безболезненное решение экологичного судоходства.
Исследование было опубликовано в ACS Energy Letters .
Будьте в курсе в удобном формате, присоединяйтесь: TG-канал и ВК