Уловленная вода и углекислый газ из выхлопных газов автомобилей могут помочь в выращивании продуктов питания

Что, если бы и воду, и углекислый газ (CO2), образующиеся из выхлопной системы автомобиля, можно было бы улавливать и использовать для выращивания продуктов питания? Повторное использование этих двух продуктов, использованных впустую, изменит правила игры и позволит сократить выбросы углекислого газа от дорожного движения и помочь сельскохозяйственной отрасли прокормить растущее население.

Три преподавателя Техасского университета A&M — Мария Барруфет, Елена Кастель-Перес и Розана Морейра — написали официальный документ, в котором сообщили о своем первоначальном анализе, и опубликовали его в надежде получить финансирование, необходимое для проведения официального междисциплинарного исследования по проекту.

«Я начал читать соответствующую литературу и моделировал то, что было возможно», — сказал Барруфет, профессор и заведующий кафедрой нефтяной инженерии Гарольда Вэнса. «Это вполне реально. Уже написано несколько предложений для больших грузовиков и морских транспортных средств, но пока ничего не реализовано. И мы первые, кто придумал двигатель для легкового автомобиля».

Воздействие может быть огромным. По оценкам, в 2019 году количество автомобилей, находящихся в эксплуатации во всем мире, составило 1,4 миллиарда. Средний легковой автомобиль в эксплуатации может выбрасывать около 5 тонн США (приблизительно 4,6 метрических тонн) CO2 в год, а это означает, что значительное количество парниковых газов попадает в окружающую среду. При сжигании топлива в одном автомобиле также образуется большое количество воды в год — около 5 547 галлонов (приблизительно 21 000 литров).

Кастель-Перес и Морейра, оба профессора кафедры биологической и сельскохозяйственной инженерии, знают, что потраченный впустую CO2 и воду можно найти с пользой, особенно в городах. Недавнее развитие городского сельского хозяйства в США основано на промышленных теплицах, в которых используется искусственно обогащенная атмосфера, содержащая в три раза больше CO2, чем обычный воздух, для улучшения здоровья растений и урожая. Эти городские фермы получили бы большую выгоду от постоянного источника бесплатного регенерированного CO2 и воды, поскольку в настоящее время они покупают и используют почти 5 фунтов (более 2 кг) CO2 и почти шесть галлонов (22 литра) воды для выращивания чуть более двух фунтов ( 1 кг) продукции. И эти цифры не включают воду и CO2, необходимые для обработки пищевых продуктов после сбора урожая и пастеризации в плотной фазе.

Трое преподавателей рассказали, как может работать интегрированное устройство. Тепло от двигателя могло бы питать систему органического цикла Ренкина (ORC), по сути, небольшую закрытую установку, содержащую турбину, теплообменники, конденсатор и питательный насос, которая работает как старомодный паровой двигатель, но в гораздо меньшем масштабе и с для производства электроэнергии требуется гораздо меньше тепла. ORC будет питать другие компоненты, такие как система теплообмена, которая сможет охлаждать, сжимать и превращать газ CO2 в жидкость для более компактного хранения.

«Несколько лет назад мы даже не думали, что в машине может быть кондиционер», — сказал Барруфет. «Эта концепция похожа на систему кондиционирования воздуха, которая у нас сейчас есть. Проще говоря, это как то устройство: оно поместится в ограниченном пространстве».

Предварительное моделирование обнадеживает. Никакого существенного снижения мощности двигателя автомобиля или увеличения расхода топлива не прогнозируется. Любую потенциальную коррозию в системе теплообмена можно устранить с помощью новых материалов покрытия. Теоретически владельцы транспортных средств могли бы сдавать полные баллоны с CO2 и водой в центры утилизации точно так же, как сейчас люди сдают алюминиевые и стальные канистры. Или водители могли бы даже использовать CO2 и воду в собственных тепличных системах или в пределах сообщества, при условии, что CO2 использовался ответственно и полностью поглощался растениями.

Однако остаются вопросы, например, насколько большими должны быть эти картриджи, как будет обращаться с водой, поскольку ее невозможно сжать, и при каком весе хранящиеся CO2 и вода повлияют на производительность автомобиля.

Барруфет, Кастель-Перес и Морейра активно ищут финансирование для продолжения своей работы. Хотя в национальных лабораториях и на промышленных предприятиях уже проводятся исследования по совершенствованию устройств для крупномасштабного улавливания CO2, в настоящее время ничего такого маленького в масштабе не существует, поэтому может пройти 10 лет, прежде чем что-то будет готово для испытаний.