Оказывается … Да, похоже, мы можем. Заправка морских судов, находящихся на море и в пути, является дорогостоящим делом с точки зрения логистики, времени, финансовых ограничений и угроз национальной безопасности и моряков в море. Возможно, ученые добьются успеха, и можно будет производить реактивное топливо из морской воды?
В 2011 финансовом году командование Военно-Морского Флота Военно-Морского Флота США, являющееся основным поставщиком топлива и нефти для флота ВМС США, доставило почти 600 миллионов галлонов топлива на суда ВМФ, эксплуатировав 15 нефтяных нефтяников пополнения флота по всему миру.
От морской воды до CO2
Ученые из Военно-морской исследовательской лаборатории США разрабатывают процесс извлечения углекислого газа (СО2) и производства газообразного водорода (H2) из морской воды, а затем каталитически конвертируют CO2 и Н2 в реактивное топливо посредством процесса «газ-жидкость».
«Потенциальная отдача – это способность производить запасы топлива JP-5 на море, сокращая логистический хвост на поставку топлива без нагрузки на окружающую среду и увеличивая энергетическую безопасность и независимость военно-морского флота», – говорит исследователь-химик доктор Хизер Виллауэр.
NRL успешно разработала и продемонстрировала технологии для извлечения СО2 и производства H2 из биомассы с использованием электрохимической подкислительной ячейки, а также конверсия CO2 и H2 в углеводороды (органические соединения, состоящие из водорода и углерода), которые могут быть использованы для производства реактивного топлива ,
«Восстановление и гидрирование СО2 с образованием углеводородов осуществляется с использованием катализатора, который аналогичен методу, используемому для восстановления Фишера-Тропша и гидрирования монооксида углерода», добавляет Виллауэр. «Модифицируя поверхностный состав железных катализаторов в реакторах с неподвижным слоем, NRL успешно улучшает эффективность конверсии CO2 до 60 процентов».
Возобновляемый ресурс
CO2 – это богатый углерод (C) ресурс в воздухе и в морской воде, причем концентрация в океане в 140 раз больше, чем в воздухе. От двух до трех процентов CO2 в морской воде растворяется углекислый газ в виде угольной кислоты, один процент – карбонат, а остальные от 96 до 97 процентов связаны в бикарбонате. Если разрабатывать процессы, чтобы использовать более высокий вес на объемную концентрацию СО2 в морской воде, в сочетании с более эффективными катализаторами для гетерогенного катализа СО2 и Н2, может быть предусмотрен жизнеспособный синтетический топливный процесс на морском дне. «При таком процессе ВМФ мог бы избежать неопределенностей, связанных с приобретением топлива из иностранных источников и / или поддержанием длинных линий электропередач», – сказал Виллауэр.
NRL добилась значительных успехов в разработке технологий улавливания углерода в лаборатории. Летом 2009 года в качестве электрохимических подкисляющих клеток были модифицированы стандартные коммерчески доступные ячейки диоксида хлора и электродеионизационная ячейка. Используя новые клетки, как растворенный, так и связанный CO2 были извлечены из морской воды путем повторного уравновешивания карбоната и бикарбоната в газообразный CO2 при рН морской воды ниже 6. В дополнение к CO2 клетки продуцировали H2at на катоде в качестве побочного продукта.
В этих завершенных исследованиях были оценены влияние конфигурации кислотной ячейки, состава морской воды, скорости потока и тока на уровни рН морской воды. Эти данные были использованы для определения возможности этого подхода для эффективного извлечения большого количества СО2 из морской воды. Из этих технико-экономических обоснований NRL успешно расширила и интегрировала технологию улавливания углерода в независимый занос для обработки больших объемов морской воды и оценки общей конструкции и эффективности системы.
Основным компонентом улавливающего улавливания углерода является трехкамерная ячейка электрохимической подкисления. Эта ячейка использует небольшие количества электричества для обмена ионов водорода, образующихся на аноде с ионами натрия в потоке морской воды. В результате, морская вода подкисляется.
На катоде вода восстанавливается до газа Н2 и образуется гидроксид натрия (NaOH). Это основное решение можно повторно комбинировать с подкисленной морской водой, чтобы вернуть морскую воду к ее первоначальному значению pH без каких-либо дополнительных химических веществ. Текущие и продолжающиеся исследования с использованием этого улавливающего улавливания углерода демонстрируют непрерывное эффективное производство H2 и извлечение до 92 процентов CO2 из морской воды.
Расположенный в Центре исследований коррозии NRL в Ки-Уэсте, штат Флорида, (NRLKW), улавливание углерода было проверено с использованием морской воды из Мексиканского залива для моделирования условий, которые будут встречаться в реальном открытом океаническом процессе для сбора CO2 от морской воды и получения H2-газа. В настоящее время NRL работает над оптимизацией процессов и расширением. Как только они будут завершены, первоначальные исследования прогнозируют, что реактивное топливо из морской воды будет стоить в диапазоне от 3 до 6 долларов США за галлон для производства.
Как это работает: CO2 + H2 = Jet Fuel
NRL разработала двухступенчатый процесс в лаборатории для преобразования CO2 и H2, собранных из морской воды в жидкие углеводороды. На первой стадии был разработан катализатор на основе железа, который может достичь уровней конверсии СО2 до 60 процентов и уменьшить нежелательное производство метана с 97 процентов до 25 процентов в пользу более длинных ненасыщенных углеводородов (олефинов).
На второй стадии эти олефины могут быть олигомеризованы (химический процесс, который превращает мономеры, молекулы с низкой молекулярной массой, в соединение с более высокой молекулярной массой с конечной степенью полимеризации) в жидкость, содержащую молекулы углеводородов в углеродном диапазоне C9-C16 , пригодный для превращения в реактивное топливо с помощью реакции катализатора на основе никеля.”