Бензин из воздуха начнут производить в промышленных масштабах

Немецкий стартап отчитался о создании промышленного образца установки по производству жидкого и газообразного углеводородного топлива прямо из воздуха и воды. Принципиально технология не нова, однако успех заключается в нюансах — инженерам удалось оптимизировать процессы до беспрецедентного уровня. Создатели IMPOWER2X рассматривают свою разработку в качестве подспорья экономике и транспортной системе на время перехода в безуглеродное будущее.

Что это такое?

Молодая компания INERATEC — проект специалистов из Технологического института Карлсруэ (KIT, Германия). Ее модульный завод основывается на четырех техпроцессах: два взяты у партнеров и модифицированы под свои нужды, а два разработаны практически с нуля самостоятельно. Со стороны вся система представляет собой несколько тридцатифутовых контейнеров (не самый распространенный, но все равно стандартизированный «полуторный» размер ISO-контейнера), установленных на площадке. На входе в нее — электричество, воздух и вода, на выходе — три вида топлива (керосин, солярка, бензин) или синтез-газ либо синтетическая нефть (смесь углеводородного сырья). Вся концепция называется IMPOWER2X или Power-to-X (P2X), то есть «энергия во что-либо». Проект развивается уже четыре года под кодовым названием Kopernikus («Коперник»).

Ключевая цепочка реакций, использованная немецкими специалистами — процесс Фишера–Тропша. Здесь никаких радикальных инноваций нет и быть не может, все аналогичные IMPOWER2X системы работают ровно так же, химию с физикой не обманешь. Ноу-хау инженеров из KIT заключается в кумулятивном эффекте оптимизации всех этапов выработки синтетического горючего из воздуха.

Например, паразитное тепло с катализаторов уходит на электролизер, вырабатывающий водород из воды, таким образом повышая его эффективность до небывалых высот. Шутка ли: в официальном пресс-релизе института заявляется энергопотребление на уровне 41-42 киловатт на килограмм водорода. Для сравнения, теоретический минимум — 39,4 кВт электричества на кг газа, а для самых современных промышленных установок считаются неплохим показателем «всего» 50 кВт/кг (не считая дальнейших затрат на сжатие и транспортировку).

Понятное дело, в отрыве от всего модульного завода IMPOWER2X этот электролизер не покажет столь впечатляющих результатов, но, безусловно, эффективность потрясающая.

Роль синтетического топлива для машин

Лидер проекта, профессор Роланд Дитмейер (Roland Dittmeyer), рассказывает, что стартап наконец добился промышленных объемов производства. Одна созданная INERATEC установка из нескольких последовательных реакторов может производить по 200 литров синтетического топлива в день. Это радикальный скачок с десяти литров в сутки, которые мог производить показанный всего год назад прототип.

Суммарная целевая эффективность всего модульного завода — 60%, именно столько энергии он способен «перекачать» из электросети в жидкое топливо. Естественно, чисто экономически подобная технология не имеет смысла, если не рассматривать ее в свете тренда на снижение выбросов углекислого газа в окружающую среду. Молниеносно пересадить всех с ДВС на электромобили не получится, зато можно старые машины заправлять синтетическим бензином или соляркой.

Кстати говоря, произведенное модульным заводом INERATEC топливо уже год тестируется несколькими немецкими научно-исследовательскими институтами и экспериментальным подразделением Audi. Результаты пока неизвестны, но учитывая оптимизм Дитмейера, хочется верить, что разработка будет иметь успех.

Технические подробности производства

Схема модульного завода, на первый взгляд, проста и знакома по многим другим подобным разработкам. Но с другой стороны тона представляет собой отличный пример немецкой практичности и внимания к деталям. Первый этап — усовершенствованная технология, разработанная компанией Climeworks. Из атмосферного воздуха при помощи специальной фильтрующей мембраны отделяется углекислый газ. Затем эту мембрану с застрявшими в ней молекулами CO2 нагревают, и они в результате высвобождаются. Затем чистую углекислоту направляют в высокотемпературный электролизер, созданный фирмой Sunfire, и смешивают с водяным паром. Там между его анодом и катодом установлена керамическая мембрана, пропускающая только кислород. Его, в свою очередь выбрасывают обратно в воздух, а на отрицательном контакте скапливаются водород и монооксид углерода (CO).

Смесь H2 и CO называется синтез-газом, и для производства топлива он должен пройти еще несколько преобразований на реакторах, разработанных уже специалистами Института инженерии микропроцессов (IMVT, подразделение KIT) и его дочернего предприятия INERATEC.

Третий и самый ответственный этап — реактор, использующий модифицированный процесс Фишера–Тропша. В нем на микроструктурных катализаторах синтез-газ превращается в молекулы углеводородов разной длины. Результатом становится так называемая синтетическая нефть. При желании, уже с этой установки жидкость можно забирать и отправлять в качестве сырья для производства полностью синтетических машинных масел и пластмасс. Но как топливо ее использовать еще нельзя — длинные молекулы делают нефть быстрозамерзающей и горящей с большим выделением сажи.

На финальной установке синтетическая нефть проходит через процесс, эквивалентный перегонке обычной нефти. Только он опять проходит на катализаторах, а не в ректификационной колонне. В последнем реакторе длинные молекулы углеводородов разбиваются на более мелкие в два этапа и фильтруются. Конечный продукт разделяется на три фракции — синтетические керосин, бензин и дизельное топливо. Все, что отсеялось на фильтрах передается в начало цикла и используется повторно.