Преобразуване на въглеродния двуокис във въглероден окис

[nik1]

Energy

Turning Carbon Dioxide into Fuel

by Duncan Graham-Rowe December 17, 2007

Researchers are harnessing solar energy to convert carbon dioxide into carbon monoxide, which can be used to make fuels.

Could concentrated solar energy be used to reverse combustion and convert carbon dioxide back into gasoline? That’s what scientists atSandia National Laboratories, in Albuquerque, NM, aim to find out by building a novel reactor that can chemically “reenergize” carbon dioxide.

Sun power: Putting the finishing touches on a giant solar collector, which researchers at Sandia National Laboratories will use to power a novel reactor capable of producing carbon monoxide from carbon dioxide. The carbon monoxide can then be used in the manufacture liquid fuels.

The device uses a two-stage thermochemical reaction to break down carbon dioxide to produce carbon monoxide, says Nathan Siegel, a senior member of technical staffat Sandia’s Solar Technologies Department and one of the researchers developing the technology. “Carbon dioxide is a combustion product, so what we’re doing is reversing combustion,” he says. The carbon monoxide can then readily be employed to produce a range of different fuels, including hydrogen, methanol, and gasoline, using conventional technologies.

Within the Sandia reactor, invented by Sandia researcher Rich Diver, is a ring of a cobalt-ferrite ceramic material, which is essentially made up of iron oxide and cobalt. A parabolic solar concentrator directs sunlight onto the ceramic material, heating it to around 1,500 °C and causing it to give up oxygen.

As the ring continually rotates, the reduced material passes into a second, separate chamber containing carbon dioxide. Having given up its oxygen, the ceramic reacts with the carbon dioxide, stealing oxygen atoms off it. The result is the production of carbon monoxide. The process is continuous, so that the oxidized ceramic once again passes back into the solar chamber where it is again reduced. “It will work with either carbon dioxide to make carbon monoxide or with water to make hydrogen,” says Siegel.

At least that’s the theory. The Sandia group has carried out proof of principle demonstrations of various stages of the device but has yet to show that they all work together. The team is building a prototype that will be ready for testing by late spring. “It’s 95 percent built,” says Siegel.

The cobalt-ferrite ceramic was originally developed in Japan and is easy to produce. To maximize its effect, the material is constructed into a matrix of crisscrossing one-millimeter-diameter rods. This has the effect of producing a high surface area with which to react with the carbon dioxide.

By next June, the researchers expect to have the reactor’s performance mapped out, and if it does as well as they expect, a practical version could be available within five years.

“At the moment, we are looking at getting carbon dioxide from industrial sources,” says Siegel. The real potential, however, is to capture carbon-dioxide emissions and reuse them as fuel. “We’re also looking at ways to pull carbon dioxide out of the air,” he says. This would allow the reactor to be mounted anywhere, sucking up the atmospheric greenhouse gas and turning it into fuel. However, Siegel stresses, this is at a much earlier stage of development.

Despite the huge potential, there is currently very little research into finding ways to harness solar energy to produce carbon monoxide from carbon dioxide, says Siegel. But such technology deals with two problems directly: putting carbon dioxide to good use, and finding a way to make the best of the sporadic nature of solar energy. “It offers a way to store this solar energy and use it when you want it,” he says.

It’s excellent work and, in principle, scientifically quite possible, saysChristian Sattler, of the Institute of Technical Thermodynamics at the German Aerospace Center, in Cologne. “The question is, at what efficiency?” he says. “How much energy does it take to carry out this reduction? It may be more efficient to use the solar energy for direct power production.”

 

https://www.technologyreview.com/s/409206/turning-carbon-dioxide-into-fuel/

[nik1]

Методът  е възможно най-простия, и очакванията са че при него ще се постига по-голяма енергийна ефективност (КПД) от тази при която слънчевата енергия се преобразува в електрическа чрез фотоволтаици, и чрез тази електрическа енергия се разложи въглеродния двуокис (в подходяща среда с наличие на катализатор)

Тестват се и се разработват различни методи и реактори - включително и  с  изполване на фотоенергия за дисоциация (фоторедукция), и такива при които се получава директно метанол от въглероден двуокис (който се преобразува във въглероден окис) и вода  

Редактирано Октомври 3, 2016 от nik1

[nik1]

Ето един сравнително прост "фотосинтетичен" метод (има и по екзотични фотоситетични методи, но този е по-традиционен) за получаване на говриво от въглеродния двуокис

http://www.alternative-energy-news.info/nanotube-technology-transforms-co2-into-fuel/

Медта според авторите по-долу е най-добрия катализатор за редукцията на въглеродния двуокис.

http://www.materialstoday.com/energy/news/copper-clusters-convert-co2-directly-into-fuel/

Редактирано Октомври 3, 2016 от nik1

[Joro-01]

Дойдоме си на думата. Ще коментирам по-късно, след като ти разгледам линковете.

  Засга това:

http://www.membrana.ru/particle/1805

Хванах новината, когато излезе, защото тогава следях "мембраната". В описаното устройство направо топлинната енергия се използва. И ферит за катализатор.

[nik1]

Сумарното енергийното КПД при класичесската електрохимична редукция (дисоциация) и получване на въглероден окис (или водород) при изполване на фотоволтаици се оценява в границите на 7-18 процента..(четох го в една публикация вчера, най-високо КПД е при изполване на фотоволтаични устройства създадени на на базата на монокристален силиций). Отделно от това, фотоволтаиците са все още скъпи. 

С въпросната проста и гениална технология се заобикалят горните препятствия,

 

-----------------------------------------------------

 

"Фотосинтетичните" методи за получаване на горива от въглероден окис и вода (или за получаване въглероден окис от от въглеродния двуокис), са  донякъде перпективни. 

 

http://www.npc.org/ftf_topic_papers/26-artificial_photosynthesis.pdf

Енергийносто КПД на "фотосинтетичните" клетки (към тях не причислявам фотоелектрохимичните елементи) , постигано при лабораторни условия и модели, е по-високо от това на естествената фотосинтеза (при нея се достигат максумум 2,5 процента) , но тези технологии като "прохождащи" и експериментални срещат други проблеми (цена, намиране на подходящи и достъпни материaли, стареене/деградация на материалите и други)

Най-използвания и достъпния материл за тези клетки е  Ti 02 
http://www.mdpi.com/1422-0067/15/4/5246/htm

 

 

 

 

Редактирано Октомври 4, 2016 от nik1

[Joro-01]

Темата е интересна, но оbхвата иаключва електрофотохимичните клетки (Гретцелови клетки използващи електролит и свтлочувствително багрило (и прозр електрод от TiO2)), както и изкуствено листо за добвив на водород.
                  

Нонека видим по тази тема какво може...

 

[Joro-01]

Всъщност първата скица от последния ти пост, Ник, изглежда е комбинация от права и обратно свързани Гретцелови клетки

[nik1]

Първата картинка е от японски изследователи (статията ще я видя утре за да видя какъв е електролита, има ли, няма ли такъв), които твърдят че са постигнали 1,5 процента енергийно КПД, колкото е да кажем при маниоката https://bg.wikipedia.org/wiki/Маниока

При органичните фотоелектрохимичните елементи се постига до 18 процента КПД на изхода, а какво е общото КПД когато се използват за производството на въглероден окис(респ водород, или метан, или метанол), аз не зная

Един материал за фотоелектрохимични елементи,изполвани за тези цели

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.jpcc.5b01420

 

Organic photoactive materials are promising candidates for the generation of solar fuels in terms of efficiency and cost. However, their low stability in aqueous media constitutes a serious problem for technological deployment. Here we present organic photocathodes for the generation of hydrogen in aqueous media with outstanding stability. The device design relies on the use of water-resistant selective contacts, which protect a P3HT:PCBM photoactive layer. An insoluble cross-linked PEDOT:PSS hole-selective layer avoids delamination of the film, and an electron-selective TiO_x layer in contact with the aqueous solution electrically communicates the organic layer with the hydrogen-evolving catalyst (Pt). We developed a novel method for the synthesis of the TiO_x layer compatible with low-temperature conditions. Tuning the thickness of the TiO_x/Pt layer leads to a trade-off between the achievable photocurrent (∼1 mAcm^–2) and the stability of the photocathode (stable hydrogen generation of 1.5 μmol h^–1 cm^–2 for >3 h).

 

Редактирано Октомври 4, 2016 от nik1

[nik1]

Преди 56 минути, nik1 said:

Първата картинка е от японски изследователи (статията ще я видя утре за да видя какъв е електролита, има ли, няма ли такъв), които твърдят че са постигнали 1,5 процента енергийно КПД, колкото е да кажем при маниоката https://bg.wikipedia.org/wiki/Маниока

 

PS

В кръга на закачката, но и конктретно по заглавието на темата. Може да се окаже че най-ефективния и ефикасен начин и средство за преобразуване на въглеродния двуокис във горива  (по точно въглехидрати, визирам монозахаридите, също така нишистето и целулозата) в близките години ще бъде изобретен от.... генетичните инженери, разработващи... ГМО растения

Пик от 7-8 процента енергийно КПД на фотосинтезата на въглехидрати се достига при захарната тръстика; Иначе, теоретичния максимум при фотосинтезата на въглехидрати е 11 процента.

http://classes.uleth.ca/201401/biol3460a/Additional Reading/Improve Photosynthesis Long PCE 2006.pdf

 

Редактирано Октомври 4, 2016 от nik1

[Joro-01]

Ми не, що да е в кръга на шегата... Представи си пластмасови тръби или плоски колектори с едноклетъчни водорасли или клетъчни органели (багрилото) хванати в гел.. Вероятно ги има..

Но идеята да се синтезира гориво така ми се струва рентабилна само ако се гори в горивни клекти, не в ДВГ. При това ниско КПД на фотоефекта.. Иска ци определен цвят.

 

[Joro-01]

А това горното може и електролит да има (полимерите може да се водя сухи/ твърди) електролити / йонни проводници, а може просто органични плупроводници. Четене иска, да не гадая

ITO  е прозрачния проводник (индиево-калаен оксид), p и n проводими фотоактивни полмери, титановия оксид отзад е май по-скоро катализатор  и дисоцииращ елелктрод

Редактирано Октомври 4, 2016 от Joro-01

[nik1]

On 3.10.2016 г. at 20:30, Joro-01 said:

Дойдоме си на думата. Ще коментирам по-късно, след като ти разгледам линковете.

  Засга това:

http://www.membrana.ru/particle/1805

Хванах новината, когато излезе, защото тогава следях "мембраната". В описаното устройство направо топлинната енергия се използва. И ферит за катализатор.

Не е обяснено добре, но доколкото разбирам и си представям кобалтът от кобалтово-железноокисната керамика (пише тя се състои от Co и FeO) би следвало е редуциращият агент - да губи електрони и да се окислява  до кобалтов окис за сметка на килорода от въглеродния двуокис/респ водорода), а при последващото нагряване в другата камера кобалтовият окис следвало да се разлага на кобалт и кислород ,които кислород се освобождава  /след което цикълът се повтаря/

 

[nik1]

1 hour ago, Joro-01 said:

Но идеята да се синтезира гориво така ми се струва рентабилна само ако се гори в горивни клекти, не в ДВГ. При това ниско КПД на фотоефекта.. Иска ци определен цвят.

 

"Неизказаната" ми мисъл на темата беше за въглерода, "любимият" ми елемент.

Най-високо КПД при горивните клетки се постига при тези които изполват въглерод  за гориво (теоретичното КПД е 100 процента, постигнато на практика 85 процента, заради топлинни загуби)- т.н. DCFC, "Светият граал" на горивните клетки, както се казва.

https://publications.csiro.au/rpr/download?pid=csiro:EP104697&dsid=DS9

http://cornerstonemag.net/direct-carbon-fuel-cells-an-ultra-low-emission-technology-for-power-generation/

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0360128512000044

Междувпрочем 50 -те процента КПД на DICE (дизеловите двигатели с директно инжектиране на въглерод) са малко повече от КПД-то на горивните елементи , изполващи водород.

Проблемът с въглерода като гориво,било за DICE, било за DCFC, си остава неговото пурифициране (пречистване).
DCFC на практика се "отравят" заради примесите и компонентите във въглеродните частици (в практиката - това са "пречистени" и в различна степен термично третирани въглищни нано- и микро-частици)

По тази логика и връзки, и във връзка с горния ти постинг, би следвало да има тема (да пусна тема)"преобразуване на въглероден двуокис във въглерод"("получаване на въглерод от въглероден двуокис")

Редактирано Октомври 4, 2016 от nik1

[Joro-01]

Водородът е гориво с ниска енергийна плътност и трудно съхранение. Не си струва да го коментираме. 

50%  либяха DICE? Доста е. Висока работна температура или студени отработени газове е причината?

Адмирации за темата!

[nik1]

Преди 7 минути, Joro-01 said:

Водородът е гориво с ниска енергийна плътност и трудно съхранение. Не си струва да го коментираме. 

50%  либяха DICE? Доста е. 

50%

стр.7

http://www.jamesoncell.com/EN/Downloads/technical papers/Sedgman lecture 10 June 2015.pdf

 

Цитирай

Висока работна температура или студени отработени газове е причината?

По скоро не, работната температура е около 850 градуса; DICE са дизелови двигатели, и предполагам други особености определят високото КПД, например

Цитирай

• Много икономично използване на подведената чрез горивото топлина. Поради обемно-слойното смесообразуване и качественото регулиране (в едно и също количество въздух се впръсква различно количество гориво в зависимост от режима на двигателя) на състава на горивната смес, дизеловия двигател работи със специфичен разход 200-245 g/kWh при директно впръскване и 230-280 g/kWh за вихрокамерни и предкамерни двигатели. Специфичният разход при бензиновите двигатели се движи в границите 250-325 g/kWh.

• Поради спецификата на смесообразуването на дизеловия двигател е възможно отдадената мощност да е по-висока от подобните топлинни машини. За сравнение парната машина има коефициент на полезно действие (КПД) 12 %, а съвременните бензинови двигатели - 25 до 33 %, при дизеловите двигатели е границите от 35 до 40 %.

 

•  

 

 

[nik1]

The 59-MW fuel cell park, South Korea, is indicative of the scale of a direct carbon fuel cell facility (photo courtesy of FuelCell Energy).

Чета че южно-корейците са пуснали вече индустриаления парк. Tехнологията е MCFC (molten carbonate fuel cells),  а типа на клетката е DCF3000 (2,8MW)

http://www.powermag.com/59-mw-fuel-cell-park-opening-heralds-robust-global-technology-future

Американците правят (направили са вече) подобен парк със същия вид горивни елементи, в Бриджпорт Кънетикът

Британците също не са останали назад

http://www.districtenergy.org/blog/2016/01/05/fuelcell-energy-announces-5-6-megawatt-fuel-cell-project-with-pfizer-inc/fuelcell-energy-2-8-mw-dfc3000-fuel-cell-power-plant/

За гориво използват натурален газ, което ме довежда до мисълта че е възможно CH4 в процеса да се разгражда на C и H2, т.е на две различни горива, с които DCF3000 работи

(?) Технологията е гъвкава и позволява изполването на различни въглеводороди, или само въглерод, както пишеше под снимката най-отгоре.

---------

Една вметка: Англосаксонците действат, иновират, а ние тука дремем и чакаме "Годжо" да дойде да ни оправи :)

 

 

 

[Joro-01]

Това е велико. Тези неща ще отменят ТЕЦ-овете, при това с много по-високо КПД. Възможно е сгради да се снабдяват само с газ, а електричеството да се генерира в мазето...

[nik1]

Преди 22 часа, nik1 said:

По скоро не, работната температура е около 850 градуса; DICE са дизелови двигатели, и предполагам други особености определят високото КПД, например

 

ПС

Температурата в областта на пламъка дотига 1150-1250 градуса целзий , извън него е с няколко стотин градуса по-ниска.

Горивото е смес от въглищен прах, стабилизатори и вода и е със сравнително ниско енергийно съдържание (два пъти по ниско от това на дизеловото гориво),

Редактирано Октомври 6, 2016 от nik1

[nik1]

On 10/4/2016 at 23:11, nik1 said:

Не е обяснено добре, но доколкото разбирам и си представям кобалтът от кобалтово-железноокисната керамика (пише тя се състои от Co и FeO) би следвало е редуциращият агент - да губи електрони и да се окислява  до кобалтов окис за сметка на килорода от въглеродния двуокис/респ водорода), а при последващото нагряване в другата камера кобалтовият окис следвало да се разлага на кобалт и кислород ,които кислород се освобождава  /след което цикълът се повтаря/

 

ПС

Една доста информативна и интересна за мен (!) публикация на лабораторията по този въпрос, да не я преразказвам:

https://books.google.bg/books?id=eQPKM36doQIC&pg=PT739&lpg=PT739&dq=Sandia+National+Laboratories+cobalt-ferrite+ceramic&source=bl&ots=Zb-ghWrpxf&sig=szU2FWmiPZKmBpEUhzJ5DWbkilE&hl=bg&sa=X&ved=0ahUKEwjg3pHW0MXPAhWCbhQKHbY5AyMQ6AEIUTAG#v=onepage&q=Sandia National Laboratories cobalt-ferrite ceramic&f=false

[fantom4e]

интересна тема сте зачекнали, ама ми се струва че прескачате от едно в друго, така с бегъл поглед...

[nik1]

За нас "прескачането" не  е проблем, имаме съгласие и търпимост с модератора по въпросите с "прескачането", поне "негласно" такова, според виждането ми.

/Според мен лично понякога е желателно да се "прескача", за да може темата да се развие достатъчно/  

 

 

[fantom4e]

ми да добавя и от мен нещо тогава

[nik1]

Накъде "биеш"? 

Виж сега ние си прескачаме ;), ама не "нямската"..Ако искаш да развиеш някаква теза или хипотеза давай, вместо да подхвърляш "бомбички"..

Това дето си го цитирал (с цената на инвестицията 10000 долара на киловат) е от времето на моята младост..

Ако си беше направил труда да се включиш в дискусията, сам щеше да стигнеш до извода, че цените са паднали десетки пъти (не знам колко точно  но можеш да си купиш този Хюндай на горивни клетки само за.. 54 000 долара

[fantom4e]

Заглавието е СО2->СО, и ти там почваш с на САНДИА новинка от 2007г. нали?

и са ми казваш че няква кола има горивна клетка 50 МВата?

каква е целта на темата, какво се коментира, енергийни източници, средства за съхранение или?

 

[Joro-01]

On 6.10.2016 г. at 11:37, nik1 said:

За нас "прескачането" не  е проблем, имаме съгласие и търпимост с модератора по въпросите с "прескачането", поне "негласно" такова, според виждането ми.

/Според мен лично понякога е желателно да се "прескача", за да може темата да се развие достатъчно/  

 

 

Да, прескачането е добре дошло. Има го негласното споразумение. Няма забрана да се допълва, пояснява и обобщава.  Извинение за късния отговор, закъсах го с времето полседната седмица. Предпоследните няколко оговора са от телефон.