Оба проекта направлены на сбор солнечной энергии и превращение ее в углеводороды.
Не церием единым
Ключевым элементом прибора, разработанного в Калифорнийском технологическом институте (Caltech), а также швейцарских Федеральном технологическом институте в Цюрихе (ETH Zürich) и Институте имени Пауля Шеррера (Paul Scherrer Institut), стал пористый оксид церия. Это один из самых распространенных редкоземельных элементов земной коры. Но понравился он разработчикам не только за распространенность. Но и за то, что при относительно небольшом нагреве оксид церия начинает разлагаться. Как говорит представитель научной группы Сошина Хейль, солнечные лучи попадают при помощи концентраторов в пористый цилиндр из оксида церия сквозь прозрачную кварцевую крышку. По отражательным свойствам вещество цилиндра близко к абсолютно черному телу – оно поглощает до 94% падающего света. Цилиндр разогревается (до 1600°С), кислород выделяется (из кристаллической решетки может улететь каждый восьмой атом). Убирают его при помощи «промывочного» газа, которым, кстати, вполне может служить обычный азот.
Цилиндр охлаждают и, в зависимости от поставленных задач, подают на вход воду или углекислый газ. Недоокись церия отбирает недостающий кислород у обоих «гостей» одинаково легко. На выходе имеем готовый к новому циклу катализатор и либо водород, либо смесь водорода и угарного газа (синтез-газ).
Главным преимуществом выбранной схемы разработчики считают долговечность катализатора. При испытаниях опытный образец совершил 500 циклов диссоциации воды, и оксид не утратил своих свойств. О главных недостатках, как водится, молчат. Хотя о чем тут говорить, когда даже заявленный КПД реакции составил 0,8%. А уж говорить о какой-либо энергетической выгоде (даже при 19%, о которых мечтают разработчики) не стоит тем более.
Присмотритесь повнимательнее к описанной выше методике и вы увидите, что в ходе одного цикла происходит несколько весьма энергозатратных и, что самое главное, слаборегулируемых действий. Да, реактор разогревается при помощи Солнца. Но при этом тратится огромное количество энергии на то, чтобы убрать кислород. Ведь чтобы продуть инертный газ через мелкопористый катализатор, необходимо создать довольно серьезное давление.
Затем реактор требуется охладить. Но как это сделать, если он стоит под лучами Солнца и разогревается? И даже если прикрыть его от Солнца (на что тоже надо потратить энергию, как и на контроль того, когда пришла пора прикрываться), его необходимо охладить. Либо быстро (то есть с энергозатратами), либо медленно.
Следом начинается еще одна продувка — водой и углекислотой. А на выходе получаем то же самое с легкой примесью водорода и СО.
Если прочесть два предыдущих абзаца, то заявления, согласно которым авторы смогут поднять до 19% эффективность процесса, улучшив теплоизоляцию реактора, выглядят очень смешно. Эффективность-то, может, они и увеличат. А вот скорость выхода продуктов реакции из реактора — вряд ли.
Похоже, овчинка выделки не стоит. Впрочем, в журнале Science, видимо, так не считают.
Можно просто подогреть
Сотрудники Университета Миннесоты пошли другим, более простым путем. Впрочем, не они двинулись по нему первые, и не они будут последними. По образу и подобию европейских приборов американцы сотворили семиламповый светильник общей светимостью 3000 Солнц. Свет от каждой лампочки мощностью 6500 Вт при помощи параболического отражателя концентрируется в определенной области. Светильник может нагреть расположенный в этом месте реактор до 2000°С. И если в этот реактор накачать углекислого газа, налить воды и сыпануть катализатора, вполне может собразоваться синтез-газ или даже какая-нибудь простенькая органика.
По словам исследователей, разработанный ими процесс экологически чистый, так как утилизирует углекислоту, а в качестве побочного эффекта получается кислород. Правда, и эти авторы лукавят. Во-первых, если он хотят пользоваться естественными источниками освещения, то больше одного Солнца им не получить. А это значит, что отражатель, который сможет нагреть смесь до 2000°С, должен быть гигантским. Но слишком гигантским он быть не может, потому что тогда отраженный свет потеряет слишком много энергии, летя от зеркала к реактору. К тому же, есть и еще одно немаловажное ограничение — этот реактор должен вырабатывать хотя бы столько топлива, чтобы его хватило как минимум на поворачивание зеркал (и реактора заодно) вслед за солнечным светом.
