Nový střešní systém nevyrábí solární elektřinu ale letecké palivo  
Důmyslný systém s koncentrátorem slunečního záření dokáže přeměnit vodu a oxid uhličitý ze vzduchu nejprve na syntetický plyn a pak na syntetické palivo, které je tím pádem uhlíkově neutrální. Technologie funguje, ale vysoké vstupní náklady prozatím komplikují praktické využití.
Solární reaktor nového systému. Kredit: ETH Zürich.
Solární reaktor nového systému. Kredit: ETH Zürich.

Solární panely na střeše dnes už nejsou nic moc zvláštního. Představte si ale, že máte na střeše podobné zařízení, které z pouhého slunečního záření a vzduchu vyrábí letecké palivo. Právě takový systém vyvinuli odborníci švýcarské techniky ETH Zürich. Zařízení při umístění na Slunci těží ze vzduchu oxid uhličitý a vodu, které pomocí energie slunečního záření zpracovává na syntetický plyn (syngas), tedy směs vodíku, oxidu uhelnatého a případně oxidu uhličitého. Z něj pak zařízení vyrábí letecké palivo, které je uhlíkově neutrální. Při jeho spálení se uvolní jen tolik uhlíku, kolik bylo použito při jeho výrobě.

 

Syntetická paliva představují zajímavé řešení při přechodu na méně fosilní ekonomiku. Napodobují konvenční paliva z kapalných uhlovodíku a přitom jsou vyráběna z obnovitelných zdrojů, jako je biomasa, odpad nebo třeba ze vzduchu. Podstatnou výhodou syntetických paliv, že mohou nahrazovat či doplňovat stávající fosilní paliva, takže je lze používat v již existujících motorech a infrastruktuře.

 

Logo. Kredit: ETH Zürich.
Logo. Kredit: ETH Zürich.

Švýcarský systém tvoří tři jednotky. První z nich lapá potřebné molekuly ze vzduchu. Pomocí absorpce získává vodu a oxid uhličitý, které posílá druhé jednotce. Tou je solární reaktor, který využívá sluneční záření k pohánění chemických reakcí. Součástí této jednotky je parabolický koncentrátor, který soustředí sluneční záření do reaktoru a vytvoří v něm teplotu 1 500 °C. V reaktoru je umístěna struktura z oxidu ceru, která absorbuje kyslík z přicházejícího oxidu uhličitého a z vody. Tím vzniká směs vodíku a oxidu uhelnatého, čili syntetický plyn.

 

Crescent Dunes Solar Energy Project. Kredit: Amble / Wikimedia Commons.
Crescent Dunes Solar Energy Project. Kredit: Amble / Wikimedia Commons.

Syntetický plyn může být využit sám o sobě anebo přechází do třetí jednotky zmíněného systému, kde se z něj stane letecké palivo kerosin nebo třeba metanol. Švýcarský tým již otestoval malou verzi systému o výkonu 5 kW, kterou umístili na střeše budovy, jako nějaký solární panel. Systém byl přerušovaně ozářen Sluncem 7 hodin denně, přičemž každý den vyrobil 32 mililitrů metanolu.

 

Není to mnoho, ale podle tvůrců je hlavní, že systém funguje. Technologii je možné používat v mnohem větším měřítku a pak pochopitelně vyrobí mnohem více paliva. Mohly by vzniknout solární továrny na palivo, které budou do jisté míry připomínat solární termální elektrárny, rovněž vybavené koncentrátory slunečního záření. Badatelé spočítali, že 10 modulů tohoto zařízení, každý schopný koncentrovat 100 MW solární energie, by mohlo dohromady vyrobit 95 tisíc litrů kerosinu denně. To je na jeden let Airbusu A350 z Londýna do New Yorku a zpět.

 

Aby tato technologie dodávala veškeré potřebné letecké palivo, tak by musela pokrýt plochu o rozloze asi 45 tisíc kilometrů čtverečních. Zásadní problém je s vysokými vstupními náklady, díky kterým je takto vyráběné palivo dražší než soudobá fosilní paliva, která by mělo nahradit. To se ovšem může změnit, situace se neustále vyvíjí.

 

Video: Fuels from sunlight and air

 

Literatura

New Atlas 3. 11. 2021.

Nature online 3. 11. 2021.

Datum: 20.11.2021
Tisk článku

Související články:

Umělá fotosyntéza požírá skleníkové plyny a vyrábí energii     Autor: Stanislav Mihulka (13.05.2017)
Nový elektrokatalyzátor exceluje ve výrobě etanolu z oxidu uhličitého a vody     Autor: Stanislav Mihulka (11.08.2020)
Americké letectvo chce vyrábět palivo průmyslovou fotosyntézou     Autor: Stanislav Mihulka (03.11.2021)



Diskuze:

Naturally, Nature nutno číst mezi řádky

Josef Hrncirik,2021-11-26 08:07:02

Článek: 10.1038/s41586-021-04174-y teprve na s.2 ca 12 cm odshora se tajemně zmiňuje, že denní výtěžek z 1 kg CeO2 po ?či při 17 cyklech jeho redukce a oxidace z cca 6,3 hod výkonu do retorty cca 6,7 kW tj. z celkem propálených 42,2 kWh by vyrobil cca 12,81 l syngazu s poměrem H2/COx = molárně 2,7. Určitě chtěli udělat radost sv. Florianovi, protože když COx = CO2 tak vlastně tam foukáme z sněhového hasicího přístroje a těžce nám chybí H2. Aby otestovali inteligenci nepřátel Greendealu, dále uvádí, že konverze CO2 na CO byla průměrně jen 15,1%. I když je CO energeticky zajímavější než H2, rozdíl není velký. Zhruba by to celkem odpovídalo
12,8 *l*1/3,7= 3,5 l H2 + 3,5*1/2,7=1,3 l CO, tj. jakoby dohromady energeticky ekvivalentně cca 4,8 l H2. V obr.2 na s.6 je vidět cykly redukce a oxidace a oněch cca 6,3 hod chodu s průměrem cca 6,7 kW. Bilance plynu ale není jasně uvedena. Určitě tam nebylo jasně kulatých jen 1 nebo 2 kg CeO2, protože se 2 retorty střídají. Na s.2. je správně uvedeno, že kdyby na zařízení svítilo 100 MW, a mělo účinnost 10%, tak by za rok vyrobilo krásné množství kerosenu. Stále není jasno zda tam počítají s 1 kg CeO2 nebo 2 kg, nebo zcela jiným. Na s.16 je vidět, že v průběhu 152 solárních redox-ox. cyklů vyrobili průměrně cca 4,2 l H2+0,5 l CO. S takovým plynem by je Fisher - Tropsch hnal z Herrmann Goehring Werke přes Majdank až před Caricin.
Nyní je však alespoň jasno, že z 1 cyklu ohřevu a oxidace vyrobili ekvivalent cca 4,7 l H2 a 2,35 l O2. Ze 17 cyklů redukce a oxidace tedy průměrně jen po 4,7 l H2/cyklus. To je zhruba 2x méně než odpovídá obr 3.a na s.13 a zhruba stejně jako v obr 2b. Je vidět, že při přípravě směsi pro Fischer-Tropsch syntézu mají výtěžek hořlaviny cca poloviční než v podstatě jen vodíku pro metanol. Že tomu tak bude je jasné každému chemikovi, který se za komunistického teroru musel učit o vodním plynu a jeho šiftu, naturally aniž by čekal na NATURE.
Baskervillský pittbull je však zakopán v termální redukci CeO2. Na ten si měli naturalisté posvítit vší silou v ohništi lehce dosahovaných 5072 mistrů Sun.
Tvrdili, že při ohřátí CeO2 na 1500°C 1 mol uvolní 0,04/2 molu O2. K uvolnění cca 4,7 l H2/ ohřevem CeO2 z 500 na 1500°C pak je nutno uvolnit 4,7/22,4 mol O, tj použít (4,7/22,4)/0,04 = 5,25 mol CeO2, tj. 0,92 kg v ohřevu a totéž ve 2. chlazené retortě. Nutně tedy máme na střeše cca 1,84 kg CeO2 o průměrné teplotě 1000°C. K ohřevu z 500°C na nutných 1500°cC 5,25 mol CeO2 potřebuje dodat cca 360 kJ. Svítíme naň v 1 ohřevu 6,3 h/17 cyklů*6,7 kW, tj. ztrácíme cca 9 MJ. Získané 4,7 l H2 ale mají výhřevnost jen 51 kJ. Účinnost ještě daleko před Caricinem je pouhé 0,5%. F-T syntéza z prakticky čistého CO2 místo CO bude mít účinnost max 25%. Využití světla je pak jen 1/800.
Ani kdyby vysálané a ztracené teplo zjevné (i latentní z nevratnosti dějů navíc brzděných pomalostí dějů v tuhé fázi CeO2 ) těžili z Dysonovy zóny, nedosáhnou ani umnou klamnou re klamou účinnosti pro klamovaných 10%.
Vesmírný Soud je kvůli zvyšování entropie Vesmíru odsoudí nepodmíněně na milion světelných let.
Dobře jim tak!

Odpovědět

Panebože

Pavel Aron,2021-11-24 12:42:48

To je něco tak absurdního tvrdit tady něco o uhlíkové neutralitě.
Při výrobě toho zařízení na střechu se spotřebovalo velké množství fosilních paliv a teď to vyrobí pár mililitrů za den.
Vím o jednom mnohem účinnějším zařízení :
Jmenuje se les.
A využívá proces nazývaný fotosyntéza.

Odpovědět

No to nevím

Vlasta Holeček,2021-11-21 09:51:05

Jeden mililitr paliva z jedné kilowatthodiny? To mají před sebou výzkumníci ještě dlouhou cestu!

Odpovědět


Re: No to nevím

Milan Štětina,2021-11-22 14:40:30

To máte pravdu - při 100% účinnosti všech procesů by měli vyrobit 80 až 120ml (záleží, co přesně vyrábějí, ale ony ty uhlovodíky co připadají v úvahu mají všechny kolem 10 až 15 kWh/kg, tj. 8 až 12 kWh/litr ). Dále jsou možná nějaké limity vyplývající z termodinamiky. Reálně myslím budou rádi za 20 až 30%, takže lze očekávat maximálně kolem 25ml z kilowathodiny.
To vypadá pořád jako směšně malé číslo, ale názorně to ukazuje jak moc energie je v uhlíkatých palivech koncentrováno.
Myslím, že značná komlikace je nízká koncentrace CO2 v atmosféře - to bude účinnost (možná i teoretický limit - bohužel neumím určit) hodně snižovat.

Odpovědět


Re: Re: No to nevím

Milan Milan,2021-11-22 15:08:21

Tak na zvysovani koncentrace CO2 uz lidsvo nejake ty tisice let intenzivne pracuje i kdyz vetsina pokroku se povedla v poslednich 100 letech. :-)

Ale jinak souhlas ..... takhle si clovevek uvedomi, kolik te pradavne solarni energii je v rope a uhli ukryto. No taky to trvalo stovky milionu let, coz je taky nepredstavitelne cislo.

Odpovědět


Re: Re: Re: No to nevím

D. Hruška,2021-11-22 15:49:10

Trvalo by to o řády kratší dobu, kdyby drtivá většina organické hmoty nezetlela.

A nám by jako zdroj paliva a uhlovodíků stačilo těžit volně rostoucí biomasu, ale to by nás muelo být tak 100 milionů, ne 7 miliard. Kdyby velkou část energetické spotřeby pokrylo jádro + OZE (tam kde to je efektivní), možná by byla trvale udržitelná cca 1 miliarda lidí.

Odpovědět


Re: Re: Re: No to nevím

Milan Štětina,2021-11-22 16:26:59

Nechci rozpoutávat flame na nesouvisejí téma, ale ta koncentrace je 410ppm, tj. 0.04%. Na začátku 20. století to bylo 280ppm (tj. 0.03% ). Takže ten dramatický nárůst je 0.01%, což je z hlediska těžitelnosti pořád nezajímavé ;-) . Pravda zlato se těží i z rud s menší koncentrací, ale to bych nesrovnával, to není energetická surovina.
V domech se běžně vyskytuje 0.1% až 0.15%m což je vnímáno jako těžký (špatně dýchatelný) vzduch. Při 0.5% již vznikají dýchací potíže a 5% je pro člověka smrtící (do několika minut).
Takže pokud by se to podařilo zvýšit na nějé ekonomicky zajímavé hodnoty, tak budeme mít úplně jiné problémy, než globální oteplování (i když to vlastně pak bude problém taky).
Ještě jsem našel (např. https://magazin.gnosis.cz/koncentrace-sklenikovych-plynu/ , kde je to odněkud převzaté), že v historii (řádově 1 až 2 milliony let zpět) koncentrace CO2 v atmosféře byly kolem 0.1 až 0.2%, ale určuje se to nepřímými metodami, tak je otázka, jak moc tomu věřit.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: No to nevím

Jan Novák9,2021-11-22 17:20:50

Jakou flame? Když dinosuři začali bylo CO2 asi 4%, tj. 100x víc než dnes a světe div se, zeměkoule se nerozpustila, život nevymřel, naopak nevídaně prospíval do megafauny a nebyly doby ledové. Pak obsah CO2 klesl na 1,5% a dinosauři začali vymírat ještě před dopadem meteoritu - neuživili se. Dnes zvýšení CO2 o pouhých 0,01% přineslo zvýšení výnosů hospodářských plodin až o 80%. Fotosyntéza C3 (většina plodin) je vyladěná na 1% CO2.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: No to nevím

Florian Stanislav,2021-11-23 18:44:09

Ne.
https://skepticalscience.com/arg_cz_CO2-kdysi-vice.htm
V období Trias a Jura bylo sotva 2 000 ppm CO2, tedy 5x více, jak dnes. V karbonu a permu ( vznik černého uhlí) bylo ppm CO2 srovnatelné s předprůmyslovou hodnotou.

Odpovědět


Re: Re: to vím

Josef Hrncirik,2021-11-23 11:39:05

Teoretická nejmenší vratná práce je dána vratnou izotermickou kompresí atmosferického parciálního tlaku CO2 na celkový tlak atmosferický, (či jiný požadovaný) ev. jeho další nutnou kompresi pro uložení či zkapalnění, transport či pro ev. syntézy. Komprese plynu bezztrátově proniklého selektivní membránou do parciálního tlaku čistého CO2 400 ppm z 1 atmosféry celkové, tj. z 40 Pa CO2 na 100 kPa CO2 ve vratném provedení nutně potřebuje alespoň cca R.T . LN(100 000/400) J/mol CO2, tj. tj. na 1 kg CO2 (1000/44)*8,314*293*LN(2500) = 433 167 J/kg = min. 0,12 kWh/ kg zakoncentrovaného CO2 (čistého) o tlaku atmosferickém. Hypotetický stroj by nesměl mít tření a jakékoliv ztráty, ev. i chlazení s pouhým atmosferickým vzduchem na atm. teplotu. Reálné děje vyžadují konečné hnací síly a proto mají menší účinnost než stroje vratné. Např. dieselův motor nemá účinnost teoretických 80% očekávaných vynálezcem, ale spíše jen cca 40%. Asi nelze očekávat že k zakoncetrování CO2 na atm tlak bude stačit kompresní práce 0,25 kWh. Práci lze kombinovat s tepelnými procesy, ale teprve 0,5 kWh tepla cca 270°C by bylo ekvivalentní práci atd.
Je problém nalézt data pro skutečné provozy. Asi jsou příliš pesimistická a kombinují práci s nespecifikovaným teplem.

Odpovědět

To umíme

Petr Nejedlý,2021-11-21 08:48:10

"Zásadní problém je s vysokými vstupními náklady, díky kterým je takto vyráběné palivo dražší než soudobá fosilní paliva, která by mělo nahradit. To se ovšem může změnit, situace se neustále vyvíjí."

Ale na to přeci máme spolehlivé, osvědčené řešení: stačí jakýmkoliv způsobem (nejlépe kombinací vícero takových) uměle zdražit "soudobá fosilní paliva" tak, aby se naše skvělé nové a jediné správné syntetické palivo vyplatilo....

Odpovědět

Palivo není uhlíkově neutrální

Jan Novák9,2021-11-20 22:54:13

Uhlíkově neutrální bude teprve až nebude jeho produkce zatížená fosilním uhlíkem, tj. až budou suroviny na zařízení vytěženy, zpracovány a zařízení vyrobeno bez použití fosilní energie. A to bude asi tak až se ho podaří vyřezat ze dřeva pazourkovým nožem.
Do té doby nazývat palivo uhlíkově neutrálním je lhaní.

Odpovědět


Re: Palivo není uhlíkově neutrální

D. Hruška,2021-11-21 00:35:26

Pořád lepší toto než stavět v Evropě desítky GW solárních elektráren a vytvářet tak velké vícenáklady pro stabilizaci sítě. Někam se ekomiliardy stejně nalít musí a tohle udělá menší škody.

Odpovědět


Re: Palivo není uhlíkově neutrální

Ivo Brabec,2021-11-21 09:10:28

To je přeci demagogie. Myslíte, ze tradiční výroba paliva nemá uhlikovou stopu. Je přeci rozdíl vyrábět palivo z ropy a dostávat do atmosféry nový uhlík a vyrábět palivo ze vzduchu a recyklovat uhlík, který tam už je. Nebo budete slovickarit? Uhlikově neutrální se mysli plus minus, ne ze inženýr kreslici navrh systému také dýchá a tudíž už jen tím to není neutrální. Mám pocit, ze hodně lidi chce jen šťourat a z principu se nesnazit posunout vpřed…

Odpovědět


Re: Re: Palivo není uhlíkově neutrální

Jiri Tesitel,2021-11-21 09:26:17

Na strese rodinneho domu muze byt 1-2 tyto jednotky, to je 1-2 litry paliva mesicne.
Kolik za svou zivotnost takove zarizeni vyrobi paliva?
Kolik energie a surovin bylo potreba na vyrobu toho zarizeni?
Muzeme to brat jako akumulator s hodne bidnou ucinnosti, a ten se vyrobit zatim nevyplati. Treba se nevyplati nikdy, nejen kvuli CO2.

Odpovědět


Re: Re: Palivo není uhlíkově neutrální

Florian Stanislav,2021-11-21 13:25:11

Článek :" Součástí této jednotky je parabolický koncentrátor, který soustředí sluneční záření do reaktoru a vytvoří v něm teplotu 1 500 °C."
Reaktor s 1500°C na střeše, to by protestoval i sv. Florian, patron hasičů.

Odpovědět


Re: Re: Re: Palivo není uhlíkově neutrální

D. Hruška,2021-11-21 14:58:40

To je dobrá poznámka. To by určitě neprošlo. Vlastně je ta technologie bezpečně použitelná jedině v pouštích, kde nic neroste, případně někde na pontonu. Což by samo o sobě nevadilo, kapalná paliva lze narozdíl od elektřiny přepravovat přes půl zeměkoule. Museli by ale hodně zvýšit účinnost a snížit cenu.

"Aby tato technologie dodávala veškeré potřebné letecké palivo, tak by musela pokrýt plochu o rozloze asi 45 tisíc kilometrů čtverečních."

Pro srovnání - Čechy bez Moravy mají rozlohu 52 tisíc km2.

A pokud by 1m2 stál 1000Kč (prakticky jen cena zrcadla), náklady na výstavbu 45 000km2 by byly 45 bilionů korun respektive 2 biliony dolarů. K tomu další prostředky na údržbu.

Ročně se vytěží 35 mld. barelů ropy. Při ceně 80 dolarů za barel by to odpovídalo 2,8 bilionům dolarů. Takže náklady na výstavbu toho zařízení by řádově odpovídaly ceně ropy, která se celosvětově vytěží za rok. Ale to zařízení by zajistilo pouze výrobu leteckého paliva, které se podílí na emisích CO2 jen 2%. Dále neznám skutečnou cenu těch reaktorů, která by asi nebyla nízká. Dále náklady na údržbu a obmněnu.

Odpovědět


Re: Re: Palivo není uhlíkově neutrální

Jan Novák9,2021-11-22 11:28:09

"Uhlikově neutrální se mysli plus minus, ne ze inženýr kreslici navrh systému také dýchá a tudíž už jen tím to není neutrální."

Super, v tom případě je diesel taky uhlíkově neutrální. Za výrobu+nájezd vyprodukuje asi tak podobně uhlíku jako elektromobil za výrobu + 3x výměnu baterie za stejný nájezd. A navíc když stojí tak žádný uhlík neprodukuje, pro ty kdo se chtějí jen šťourat.

Nejlepší jsou ti pokrytci kteří píšou o uhlíkové neutralitě na internetu na počítači vyrobeném v Číně a dovezeném přes půl světa. Když už chcete psát o uhlíkové neutralitě tak jedině na ručně vyrobeném papíru husím brkem!
Jakákoliv elektronika má obrovskou nesmazatelnou uhlíkovou stopu ještě umocněnou dopravou okolo světa. Žádný mobil ani počítač se do Zero Carbon nevejde.

Odpovědět


Re: Re: Re: Palivo není uhlíkově neutrální

D. Hruška,2021-11-22 12:06:13

Až Čína za pár desetiletí přejde dominantně na jadernou energii, uhlíková stopa dovážené elektroniky výrazně klesne. A pokud třeba začnou stavět i lodě na jaderný pohon, bude pokles ještě výraznější.

Tedy i uhlíková stopa solární energetiky v dlouhodobějším horizontu výrazně klesne, jen to nebude způsobem, který si zelené hlavy představovaly.

Problém je v tom, že i samotný dovoz do Evropy výrazně poklesne, protože už nebude za co dovážet, když se zřekneme efektnivních zdrojů energie (jádro, spalovací motory) a udusíme tím ekonomiku.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Palivo není uhlíkově neutrální

Jan Novák9,2021-11-23 12:23:19

Čína i Evropa bude nakonec uhlíkově neutrální, jen s tím rozdílem že Čína využije fosilní zdroje a energii k vytvoření fungujícího systému a postupně je pomalu nahradí, ale EU všechno zahodí bez náhrady a uvrhne Evropu do středověku. V tomto případě plánované hospodářství vítězí na celé čáře před přístupem poručíme větru dešti a změníme fyzikální zákony výnosem komise EU podle příkazu Svaté Grety.

Odpovědět


Re: Palivo není uhlíkově neutrální

Pavel Pelc,2021-11-21 18:02:44

Neni problem. Svedove jiz maji tovarnu, kde se zelezna ruda redukuje vodikem ziskanym elektrolyzou z vody. A v lete uz z ni dodali prvni ocel k zakaznikovi. Do tri let chtej masivne produkovat na trh. Co tam mate dal ze pripominku?

Odpovědět


Re: Re: Palivo není uhlíkově neutrální

Josef Hrncirik,2021-11-21 19:02:17

O výsledcích projektu HYBRIT těžko najít věcné zprávy. Jsou ve fázi vývoje a v srpnu pro reklamu vyrobili 100 t žhavé pyroforické železné houby, kterou lisovali do briket a fofrem (aby neshořela, neslinula se do tanku či nevychladla) přetavili a vyčistili a zlegovali v el. obloukové peci.
Spotřebu vodíku a tepla a el. energie ani pro výrobu 1 t houby neudali.
Takové zprávy jsou na houby.

Odpovědět


Re: Re: Re: Palivo není uhlíkově neutrální

Milan Milan,2021-11-22 15:14:48

Tak treba ta elektricka obloukova pec fungovala na solary na strese te tovarny? :-)

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Palivo není uhlíkově neutrální

Jan Novák9,2021-11-22 17:29:09

Hahaha...
"Šéfe, příštího půl roku nic nevyrobíme"
"jak to?"
"Musíme rozbourat pec a postavit novou"
"Jak je to možné???!!!"
"Zašlo slunce a ocel ztuhla!" :-)))

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Palivo není uhlíkově neutrální

Josef Hrncirik,2021-11-22 20:07:30

A zakalila se.

Odpovědět


Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace