Сегодня проблема парниковых газов и углеродной нейтральности стоит особенно остро. В качестве топлива уже начали использовать спирты или эфиры, которые возможно производить из переработки биомассы: например, в Швейцарии и Германии городская спецтехника переведена на биодизель — он производит меньше выбросов по сравнению с привычными бензином и дизелем. Кроме того, существуют технологии очищения воздуха от СО₂ , образующегося при сгорании топлива, — основного парникового газа. А можно ли совместить одно с другим? Команда немецких и швейцарских учёных решила это проверить.
Исследователи построили установку, которая превращает захваченные из воздуха воду и СО₂ сначала в синтез-газ (смесь СО и Н₂), а затем в метанол. Агрегат состоит из трёх блоков: блока захвата воздуха, блока окислительно-восстановительных реакций и блока переработки синтез-газа в углеводородное топливо.
В первом блоке воздушный поток проходит через специальные фильтры, улавливающие углекислый газ и воду. Такие установки не новы, поскольку необходимость борьбы с парниковыми газами остро уже давно. Самая крупная на сегодняшний день станция, удаляющая из воздуха СО₂, находится в Исландии. Она работает довольно эффективно (40–70% захвата), но никак его не использует полученный газ.
А в установке, которую изобрели учёные, есть окислительно-восстановительный блок — в нём происходит чудо превращения. Блок представляет собой мишень из пористого оксида церия, на которую фокусируется солнечный свет. Цель — нагреть мишень до 1500 °C, чтобы запустить восстановительные реакции и удалить кислород из церия. После этого через пористый церий пропускается поток полученных из воздуха СО₂ и воды, церий вновь окисляется, забирая один атом кислорода у воды, а второй — у СО₂, и на выходе получается синтез-газ.
Затем синтез-газ может быть использован как самостоятельное топливо, либо модифицирован в другое углеводородное. Для последнего используется третий блок. В нём протекает процесс Фишера — Тропша: при давлении 5–30 атмосфер и температуре 200–400 °С в присутствии катализаторов из СО и Н₂ получается углеводород. Соотношение СО:Н₂ в исходном синтез-газе и выбор катализатора влияют на то, какие углеводороды можно будет получить.
В спроектированной установке за 7 часов работы учёные получили 30 мл метанола. До промышленных масштабов производства ещё далеко, но главное — принципиальная возможность этого доказана. Особая прелесть технологии в том, что для производства топлива, в процессе горения которого выбрасывается парниковый газ, используется этот же самый газ, то есть мы получаем углеродную нейтральность. А для реализации процесса используется солнечная энергия.
Сегодня синтетическому горючему пока ещё очень сложно конкурировать с ископаемым в плане экономической эффективности (согласно расчётам, цена полученного таким образом керосина будет вдвое выше цены керосина из нефти). Но сама возможность производить топливо буквально из воздуха и солнечного света – это прецедент, который расширяет представления о возможностях производства экологически чистых альтернативных видов топлива с использованием возобновляемые источники энергии.