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回收二氧化碳 再生能源技術打造無污染合成燃料

上網時間: 2008年02月22日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:CR5  反向旋轉環接收反應再生器  S2P 

在氫能經濟中,汽車將可採用週期表中最簡單的元素來其提供能量。但在興登堡號飛船(Hindenburg)災難事件中顯示,‘氫’也是最難以壓縮成安全且可用形式的元素。那麼,我們為什麼不合成甲醇或甚至汽油等碳氫化合物燃料呢?

美國Sandia國家實驗室便利用太陽能實現逆向的燃燒過程,建構出了這樣一種燃料合成器。藉由結合二氧化碳與水,這種反應器將利用回收的二氧化碳排放來產生可再生的合成燃料。

“我們認為,相較於在燃料電池中應用氫氣的作法,製造一種與現有汽油引擎相容的合成燃料架構更具意義,”這款反向旋轉環接收反應再生器(CR5)的發明者Rich Diver說。“其他的研究者正致力於利用天然氣製造液態合成燃料,而我們卻往回走了一步,尋找利用熱化學為合成燃料製造前驅物質(precursor)的方法。”

Diver聲稱,透過實現逆向的內燃過程,這款以太陽能供電的反應器可協助淨化地球。Diver的研究團隊將該專案稱為‘從陽光到燃料’(S2P),預計最終將可產生‘液態太陽能燃料’(Liquid Solar Fuel)。

“你可以把它視為逆向的燃燒過程──將來自太陽的熱能用於二氧化碳和水中,進而從中產生合成燃料,”Diver說。“我們最初是研究各種可運用太陽能從水中製造氫氣的方法,但其中的一些原理也能用於把二氧化碳還原成一氧化碳。透過正確地結合一氧化碳和氫氣的比例,即能製造出合成燃料。”

我們所熟悉的汽油、丙烷、丁烷、甲烷和天然氣等傳統燃料都屬於碳氫化合物。如果碳氫化合物中的分子所包含的碳、氫原子數目夠多,那麼就可以在室溫下以液態形式存在。

“結合氫與一氧化碳就能夠產生性質類似於天然氣的燃料;而經過多個化學反應步驟後,就可以產生能在汽油引擎中所使用的甲醇或其他燃料,”Diver說。

Diver指出,開採和提煉石油目前還算較便宜,但在20年後,隨著石油資源的匱乏,傳統汽油引擎和柴油引擎所用的合成燃料將越來越具有吸引力。“在石化燃料耗盡之後,我們就只能依靠太陽能或核能,此外別無選擇,”Diver說。

Diver所發明的CR5基本上是一層在反旋環的邊緣上覆蓋了氧化鐵(鐵?)的堆疊。在該堆疊上的反旋環直接暴露在陽光下,為該燃料產生器提供必備的熱量。在反應器內部,氧化鐵的含量隨著部份氧原子的氧化而降低。在反旋環的堆疊底部導入水蒸氣後,鐵元素會從水蒸氣中取得氧而被重新氧化成氧化鐵,而釋放出純淨的氫氣。

“它基本上是一種熱引擎,”Diver說,“但不是利用熱能來作機械功,而是利用熱能進行化學反應──從水中分解出氫氣和氧氣。相同的設備也可以從二氧化碳中分解出一氧化碳和氧氣。”

傳統上利用電解法來從水中製造出氫氣,但Diver聲稱,他所發明的方法比這種傳統電解法的效率高出20%,因為它“省去了利用太陽能發電的步驟”。

一旦該方法測試成功後,Sandia實驗室便計劃把CR5與碟型太陽能收集器結合,並製造出可用於發動傳統內燃機的合成燃料,以證明其概念的可行性。如果成功了,最終便能從燃煤設備中收集到二氧化碳,並透過CR5進行再生循環,以產生出可為傳統汽車與貨車引擎供電的合成燃料,使車輛的能量供給形成一個可再生的過程,而不至於再污染地球。

然而,根據Sandia實驗室的估計,即使所有的步驟都能夠順利進行,要使CR5廣泛應用於合成燃料的產生還需要15到20年的時間。

Diver在Sandia的國家太陽能熱測試實驗室(NSTTF)中打造出這款CR5設備。該研究團隊的其他成員還包括Jim Miller和Nathan Siegel,以及該專案贊助者兼Sandia實驗室燃料與能量轉換部門經理Ellen Stechel。

Sandia實驗室內部的‘實驗室導向研發計劃’和美國國防部先進研究計劃署(Darpa)也為該專案提供了資金贊助。

圖說:Sandia實驗室的Rich Diver發明了可從二氧化碳中還原出一氧化碳的化學再生器原型設計,可望在未來用於合成燃料。
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圖說:Sandia實驗室的Rich Diver發明了可從二氧化碳中還原出一氧化碳的化學再生器原型設計,可望在未來用於合成燃料。

作者:羅克鈴




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