Hiilidioksidia lentokoneen tankkiin
Hiilidioksidi on pahin ilmastonmuutosta kiihdyttävä kasvihuonekaasu.
Eri puolilla maailmaa etsitäänkin kiivaasti keinoja, joilla ilmakehän hiilidoksidimäärää voitaisiin vähentää.
Samalla on herännyt ajatus käyttää ilmasta erotettua hiilidioksidia polttoaineen valmistukseen, jolloin fossiilisten polttoaineiden käyttöä voitaisiin vähentää.
Ilman hiilidioksidista polttoainetta
1. Suodatin sitoo ilmasta hiilidioksidia
Ilmaa imetään kammioon, jossa se läpäisee suodattimen. Suodatin koostuu aineista, joiden pinnalle hiilidioksidi sitoutuu. Adsorptiossa kaasu muodostaa kiinteän aineen pinnalle ohuen kalvon. Ilma, josta hiilidioksidi on poistettu, jatkaa matkaansa ulos.
2. Lämpö vapauttaa hiilidioksidin
Suodattimessa on antureita, jotka seuraavat hiilidioksidin määrää. Kun suodatin ei enää pysty sitomaan lisää hiilidioksidia, kammio sulkeutuu. Suodatin kuumennetaan 100 asteeseen, jolloin hiilidioksidi vapautuu ja tyhjiöpumppu imee sen kaasusäiliöön.
3. Elektrolyysi tuottaa synteesikaasua
Hiilidioksidi sekoitetaan vesihöyryyn, ja seos pumpataan elektrolyysikennoon, jossa siihen johdetaan sähkövirta. Sähkövirta hajottaa kaasumolekyylit niin, että tuloksena on synteesikaasua eli hiilimonoksidin ja vedyn seosta, josta voidaan jalostaa polttoainetta.
Sveitsiläinen Climeworks-yhtiö on kehittänyt suodattimen, jolla hiilidioksidia voidaan erottaa ilmasta ja ottaa talteen.
Saksalainen Sunfire-yritys puolestaan on rakentanut laitoksen, jossa hiilidioksidista ja tavallisesta vesihöyrystä voidaan valmistaa niin sanottua synteesikaasua.
Siitä taas voidaan jalostaa erilaisia polttoaineita metanolista dieseliin ja lentopolttoaineisiin.
Climeworksin suodatin toimii niin, että ilmakehän ilmaa johdetaan suodattimeen, jossa hiilidioksidimolekyylit sitoutuvat ohueksi kalvoksi suodattimen pinnalle.
Kun suodatin ei enää pysty sitomaan lisää hiilidioksidia, se kuumennetaan 100-asteiseksi, jolloin hiilidioksidi vapautuu suodattimen pinnasta.
Vapautunut hiilidioksidi johdetaan kaasusäiliöön.
Hinwilissä Sveitsissä otettiin 2017 käyttöön 18 yksikön suodatinlaitos, joka poistaa ilmasta hiilidioksidia ja puhaltaa toiselta puolelta ulos puhdasta ilmaa.
Sitten siihen sekoitetaan vesihöyryä ja seos johdetaan elektrolyysikennoon. Kennossa toisella puolella on hiilidioksidi-vesihöyryseosta ja ionin läpäisevän kalvon takana toisella puolella puhdasta ilmaa.
Kun kennoon johdetaan sähkövirta, vedestä (H20) ja hiilidioksidista (CO2) irtoaa happiatomeja ja jäljelle jää hiilimonoksidia (CO) ja vetyä (H2) eli synteesi-kaasua.
Synteesikaasusta voidaan tuottaa hiilivetyketjuja, joista saadaan polttoaineita. Climeworks ja Sunfire aikovat testata tekniikkaansa 2021.
Silloin on määrä käynnistää lentopolttoaineen valmistus Alankomaissa Rotterdamin lentokentällä.
Muoviroskaa tankkiin
Käytetyt muovipakkaukset, vaipat, kertakäyttömukit ja muut muoviroskat päätyvät nykyään kaatopaikoille tai jätteenpolttolaitoksiin.
Britanniassa on suunnitteilla hanke, jossa aiotaan muuttaa vuosittain puoli miljoonaa tonnia muovijätettä lentopolttoaineeksi.
Altalto-yhtiö aikoo rakentaa laitoksensa Immunghamiin Koillis-Englantiin.
Muoviroskien hiiliketjut kiertoon polttoaineeksi
1. Muoviroskista kaasua
Muovi sisältää hiiltä ja vetyä. Jotta ne saadaan talteen, muoviroskat käsitellään vesihöyryllä ja hapella korkeassa lämpötilassa. Muovi ei kuitenkaan syty palamaan, vaan siitä vapautuu hiili- ja vetyatomeja kaasuna ja ne muodostavat uusia yhdisteitä, kuten hiilimonoksidia eli häkää ja vetyä, joista syntyy synteesikaasua.
2. Kaasusta hiilivetyketjuja
Synteesikaasu johdetaan niin sanottuun Fischer-Tropsch-reaktoriin. Siellä kaasu reagoi katalyytteina toimivien metallien, kuten raudan tai koboltin, kanssa. Hiilimonoksidi hajoaa hiileksi ja hapeksi ja vetymolekyylit yksittäisiksi vetyatomeiksi. Sitten hiili- ja vetyatomit sitoutuvat yhteen hiilivetyketjuiksi. Kun niitä jäähdytetään vedellä, ne muuttuvat kaasusta nestemäiseksi.
3. Hiiliketjuista polttoainetta
Hiilivetyketjut altistetaan kovalle paineelle ja kuumuudelle, ja niihin lisätään vetyä. Vety pilkkoo hiilivetyketjut. Tavoitteena on saada 8–15 hiiliatomin pituisia ketjuja, koska niiden jäätymispiste on −50 astetta ja kiehumispiste 175 astetta. Nämä lämpöominaisuudet tekevät polttoaineesta sopivan korkealla lentäviin matkustajakoneisiin.
Muovin sisältämät hiili- ja vetyatomit aiotaan ottaa talteen kuumentamalla jätemassa vesihöyryn ja hapen avulla yli 700 asteen lämpötilaan.
Tällöin jätteistä vapautuva kaasu johdetaan reaktoriin, jossa kalysaattoreina toimivat metallit saavat jätekaasun hajoamaan hiili-, happi- ja vetyatomeiksi.
Nämä muodostavat pitkiä hiilivetyketjuja. Kun kaasumaisia hiilivetyjä jäähdytetään, ne tiivistyvät nesteeksi.
Näin syntyvät hiilivetyketjut ovat suhteellisen pitkiä, ja siksi niiden kiehumispiste on liian korkea, jotta ne sopisivat suihkumoottoreihin.
Jätteistä lentopolttoainetta tuottavaa laitosta suunnitellaan Imminghamiin Englantiin.
Siksi hiilivetyketjuja katkotaan pumppaamalla niihin kovalla paineella puhdasta vetyä.
Näin saadaan nestettä, joka pysyy nestemäisenä jopa yläilmakehän kovissa pakkasissa mutta joka samalla palaa mahdollisimman tehokkaasti.
Tähän asti muovin kaasuttaminen ja muuttaminen nestemäiseksi polttoaineeksi on ollut kallista ja hankalaa.
Brittiyritys uskoo, että se pystyy tekemään menetelmästään entistä nopeamman ja halvemman uudenmalliseella reaktorilla, jossa kaasut ja jäähdytysvesi kulkevat entistä useammissa mutta pienemmissä kanavissa.
Jos kaikki sujuu suunnitelmien mukaan, laitoksen rakentaminen alkaa vuonna 2021.
Aurinkovoimalla polttoainetta merestä
Hiilidioksidi ei jää vain ilmaan, vaan myös merivesi sitoo hiilidioksidia.
Kuutiometrissä merivettä on jopa 125 kertaa niin paljon hiilidioksidia kuin kuutiossa ilmaa.
Kansainvälinen tutkijaryhmä on keksinyt keinon, jolla merivedestä voidaan poistaa hiilidioksidia ja käyttää sitä polttoaineen raaka-aineena.
Meriveden hiilidioksidista voitaisiin tehdä polttoainetta kelluvissa aurinkokennolaitoksissa.
Hiilidioksidin talteenottoon tarvittava energia saataisiin aurinkokennoista, joita kelluisi meressä 100 metrin levyisinä aurinkovoimalauttoina.
Aurinkovoimalautoissa on määrä käyttää kolmea tekniikkaa. Ensin elektrolyysikenno hajottaa vesimolekyylejä hapeksi ja vedyksi.
Sitten suodatin jakaa meriveden emäksiseen ja happamaan veteen. Happamassa vedessä hiilidioksidi muuttuu kupliksi, joista se voidaan ottaa talteen.
Lopuksi vety ja hiilioksidi johdetaan reaktoriin, jossa niistä syntyy polttoaineeksi sopivaa metanolia. Sivutuotteena syntyy tavallista hiilidioksiditonta vettä.
Levä muuttuu polttoaineeksi
Yhteyttävät levät tuottavat auringonvalosta energiaa, jonka ne varastoivat rasvoina eli lipideinä.
Lipideissä on öljypitoisia rasvahappoja, joita voidaan käyttää lentopolttoaineen valmistuksessa.
Perinteisesti levien öljy on otettu talteen kuivaamalla ja jauhamalla levät, ja sen jälkeen jauhe on sekoitettu metanoliin ja kloroformiin. Menetelmä kuluttaa kuitenkin paljon energiaa.
Utahin yliopistossa Yhdysvalloissa on kehitetty uusi tekniikka levien öljyn talteenottoon.
Siinä levämassa ruiskutetaan kovalla paineella kammioon, jossa se törmää heksaanisuihkuun.
Heksaani on liuotinaine, ja törmäyksessä levien lipidit sitoutuvat heksaaniin.
Tämän jälkeen lipidit voidaan erottaa ja jalostaa öljyksi ja polttoaineeksi.