O echipă de ingineri americani a descoperit o metodă de a produce diesel din CO2-ul captat din aer, care e de 45 ori mai eficientă decât producţia actuală de biodiesel

Motoarele diesel au fost în ultimii ani un soi de paria în industria auto, fiind etichetate adeseori drept fiind pe cale de dispariţie în contextul electrificării. Totuşi, dacă în vânzările de autoturisme motorizările diesel s-au redus substanţial, atunci în unele segmente specifice, precum camioanele, motorizările diesel încă mai constituie cota de majoritate absolută. Asta pune presiune pe producători şi pe companii care cumpără aceste camioane de a căuta soluţii de a reduce emisiile CO2, iar dieselul produs prin alte metode decât rafinarea din petrol e adeseori propus drept o soluţie cel puţin parţială la această problemă. Biodieselul, produs din plante şi resturi vegetale fermentate, a fost o idee populară o vreme, până când a început a determina agricultorii să planteze mai puţine culturi comestibile în favoarea culturilor special destinate biodieselului, iar asta a dus la scumpirea preţurilor produselor agricole. Acest efect a fost unul care a determinat refocusarea spre camioane electrice cu baterii, dar acum o echipă de ingineri american a anunţat că a descoperit o metodă de a produce diesel din CO2-ul captat din aer, metoda lor fiind anunţată ca fiind de 45 de ori mai eficientă decât producţia de biodiesel menţionat mai sus.

Ideea de a produce aproape orice carburant care conţine hidrocarburi din CO2-ul extras din aer nu e foarte nouă, şi ea are o explicaţie fizică în spate. CO2-ul are atomul de carbon necesar, iar din apă prin hidroliză se poate obţine atomul de hidrogen. Cu aceşti doi atomi şi eventual mai folosind în unele cazuri şi atomii de oxigen şi azot din aer, se poate crea aproape orice combustibil în condiţii de laborator, de la metanol până la benzină sau diesel, ultimele două având nevoie şi de nişte compuşi derivaţi care trebuie amestecaţi la o anumită etapă pentru a obţine un amestec cât mai aproape de cel rezultat prin procesele actuale de rafinare.

Asemenea fabrici cu procese industriale deja există, cum ar fi cea deţinută de Porsche în Chile sau cea construită de Porsche în Texas, sau cea mai mare fabrică din lume de producţie e metanolului şi amoniacului sintetic, construită în China. Problema acestor procese de producţie în laborator e energia necesară pentru aceste reacţii chimice, ea fiind mult mai mare decât la simpla extragere din pământ şi rafinare, tocmai de asta aceste reacţii, cunoscute de chimişti de mult timp, nu şi-au găsit viabilitatea până în prezent. Noile fabrici, iniţiate în ultimii ani, vor să rezolve această problemă prin energie regenerabilă, cu miza că, deşi se consumă mai multă energie, dacă ea provine din surse precum vântul sau soarele, oricum avem un beneficiu final în ecologie. Or, esenţa combustibilului sintetic este că în procesul de producţie se captează CO2 din atmosferă, iar ulterior, la combustie, se emană exact acelaşi CO2 înapoi, fără a adăuga noi cantităţi.

Foto: Fabrica pilot a celor de la Porsche din Chile

La biodiesel procesul e un pic mai diferit, pentru că acea captare CO2 nu are loc prin compresoare care l-ar trage din atmosferă, ci prin fotosinteza plantelor, iar apoi prin fermentare. Dar şi acolo la final, în combustie, e emisă o cantitate de CO2 maxim egală cu ceea ce a fost extras sin atmosferă în procesul de producţie. Problema e că dacă se cresc masiv culturi special pentru această producţie de biodiesel, ele iau foarte mult din suprafeţele utile ce puteau ajuta creşterii de hrană, iar asta duce la presiune de preţuri şi dezechilibrează cererea şi oferta. Ei bine, tocmai această problemă a suprafeţelor mari consumate de plante crescute pentru biodiesel şi-a dorit să o rezolve echipa de ingineri şi chimişti din SUA prin descoperirea lor, despre care vorbim azi.

Echipa, condusă de Joshua Yuan, de la Departamentul de Energie şi Inginerie Chimică şi de Mediu al Universităţii Washington, împreună cu Susie Dai, profesor de inginerie biomedicală şi chimică de la Universitatea din Missouri, a descoperit că poate folosi electrocataliza pentru a converti CO2-ul în biodiesel.

Foto: Susie Dai

Metoda lor presupune captarea CO2-ului din aer prin orice cale ce-ar folosi energie regenerabilă, inclusiv compresoare şi reacţii de filtrare ce-ar folosi electricitate eoliană sau solară, spre exemplu.

Odată ce echipa are CO2-ul separat din aerul atmosferic, acesta nu e direcţionat mai departe în reacţii energofage de producţie sintetică a carburanţilor finali, ci ajunge într-o fază de producţie a compuşilor intermediari, aici fiind cheia procesului lor. Folosind electrocataliza, cu un consum mai mic de energie, transferul de electroni iniţiază reacţii chimice care transformă CO2-ul în acetat şi etanol.

Apoi, intră în rol microorganismele, care folosesc acetatul drept substrat pentru fermentare, la fel ca şi etanolul. Pentru că vorbim de microorganisme, acestea-şi fac partea lor de proces fără a consuma electricitate şi transformă substanţele iniţiale în lipide şi acizi graşi, care devin materie primă pentru producţia de biodiesel. Iar de aici procesul e similar cu producţia actuală de biodiesel, însă această etapă intermediară aduce o mare schimbare de randament şi de sursă de materie primă în proces.

Practic, procesul inginerilor de acum reuşeşte să producă cea mai mare parte din materia primă pentru biodiesel nu prin cultivarea plantelor, ci prin producţia sintetică de acetaţi şi etanol din energie regenerabilă, ceea ce scoate presiunea de pe agricultură.

Pentru a da accelera procesul de fermentare a acetatul sintetic, o anumită materie primă de biodiesel din resturi vegetale poate fi adăugată, dar cota ideală e de circa 2,22% faţă de cantitatea totală folosită la producţia actuală clasică de biodiesel, ceea ce înseamnă de 45 de ori mai puţină materie primă vegetală necesară pentru producţia finală a aceleiaşi cantităţi de biodiesel. Tot de 45 ori e mai mare şi randamentul energetic al întregului proces de convertire a razelor solare în lipide cu cantităţi concentrate de energie prin această metodă cu acetat şi etanol intermediar, decât dacă acea energie ar fi folosită la fotosinteză în plante şi s-ar merge pe procesul obişnuit actual. Desigur, asta e valabil în cazul în care vorbim de energie produsă prin panori fotovoltaice, consumată în procesul descoperit de inginerii americani.

Asta ar însemna efectiv că, până şi în această variantă a folosirii de 2,22% de masă vegetală, pentru producţia aceleaşi cantităţi de biodiesel n-ar mai fi nevoie de 5.000 de hectare de culturi plantate pentru asta, ci doar de 111 hectare, iar restul de 4.889 hectare rămân libere pentru culturi destinate hranei oamenilor sau furajelor. Respectiv, se reduce substanţial presiunea pusă pe preţurile alimentelor. Şi dacă s-ar mai lucra un pic la o altă soluţie de accelerare a fermentării acetatului fără a fi nevoie de cele 2,22% de masă vegetală, atunci s-ar putea reduce la zero şi acea masă necesară.

Iar carburantul rezultat ar avea acelaşi beneficiu al unui impact CO2 apropiat de zero, sau chiar zero absolut dacă toate procesele componente sunt asigurate cu energie regenerabilă.

Foto: Joshua Yuan

Autorii descoperirii spun că procesul ar putea fi adaptat şi pentru producţia de combustibil de aviaţie sau maritim, nu doar motorină pentru camioane şi autoturisme, deci potenţialul impact este uriaş pentru multe industrii unde emisiile de CO2 din prezent sunt de-a dreptul colosale.