O echipă de ingineri din SUA a construit prima benzinărie mică, ce produce carburant direct din aer şi apă, şi pe care o instalezi acasă, folosind inteligent chimia şi fizica

Cum ar fi ca fiecare dintre noi să aibă acasă câte o mică benzinărie proprie, care să producă benzină din aer pe parcursul zilei, cât lipsim de acasă, iar odată la câteva zile să-ţi poţi face plinul la maşină direct lângă poarta garajului? Poate suna incredibil, dar totul are şi un suport ştiinţific, fiind creat pe baza folosirii inteligente a chimiei şi fizicii, şi anume asta e viziunea echipei de ingineri a celor de la Aircela, un start-up american care a şi construit primul asemenea utilaj şi l-a prezentat de curând în New York.

Benzinăria compactă are dimensiunea unui frigider mai mare, spun creatorii ei. Ea are o construcţie modulară, cu module în forma unui fagure, iar pentru funcţionarea completă sunt suficiente două module, cel de-al treilea având rolul unui rezervor local. Acest modul e opţional, dacă se doreşte un rezervor mai mare. În locul lui se poate utiliza rezervorul standard mai mic, integrat într-unul din cele două module, în partea inferioară.

Ei bine, cum funcţionează acest utilaj şi cum produce el benzina din aer şi apă, aşa cum se anunţă? Răspunsul se bazează pe chimie şi fizică, şi e similar proceselor de producţie a benzinei sintetice, doar că e foarte greu să se facă toate aceste procese într-un utilaj atât de compact, care ar înlocui o fabrică ce ar ocupa minim câţiva zeci de metri pătraţi de obicei.

Benzina, la fel ca mulţi alţi carburanţi, pot fi produşi şi sintetic, pentru că la baza lor stau atomii de carbon şi hidrogen. Carbonul poate fi extras din aer, prin CO2-ul scos de acolo, iar hidrogenul poate fi extras din apă, prin cunoscutul proces de electroliză. Desigur, ca toate aceste lucruri să se întâmple, e nevoie şi de energie, iar dacă toată această energie vine din surse regenerabile, atunci benzina sintetică produsă la final e rezultatul unei extracţii de CO2 în aceeaşi cantitate care va fi eliberată ulterior în procesul de ardere, ceea ce o face inofensivă în balanţa finală pentru mediu. Iar benzina produsă sintetic, dacă e făcută corect şi aproape de calităţile benzinei obişnuite, poate alimenta orice motor cu ardere internă obişnuit, care merge cu benzină, fără nevoie de a-l adapta cumva.

De fapt, acum o săptămână, scriam despre un profesor universitar din Elveţia şi despre echipa sa, care au construit o primă fabrică pilot în Germania de producţie a benzinei sintetice şi au şi produs primele partide de combustibil, iar profesorul a făcut o călătorie demonstrativă cu motocicleta sa, folosind benzina sintetică produsă de ei.

Foto: Profesorul universitar elveţian, conducându-şi motocicleta alimentată cu benină sintetică

Doar că acolo a fost nevoie de o mini fabrică pentru a produce acest carburant, în timp ce aici echipa de ingineri americani spun că au integrat totul într-un utilaj de mărimea unui frigider, pe care să-l instalezi acasă lângă garaj şi să-l conectezi eventual la panourile fotovoltaice pe care le ai pe acoperiş, pentru a produce în mod ecologic acest carburant.

Foto: Mini fabica piot a elveţienilor

Ei bine, prima etapă pe care o asigură acest utilaj este captarea directă de CO2 din aer, printr-o metodă apropiată ca principiu de cea folosită de elveţienii de la Climeworks în fabricile lor de extragere a CO2-ului din aer, despre care scriam de curând. În cazul utilajului american al celor de la Aircela, un ventilator aspiră aerul din atmosferă, după care în trece printr-o cameră cu sorbent lichid pe bază de hidroxid de potasiu (KOH). Acest sorbent extrage CO2-ul din aer.

Foto: Noua benzinărie compactă a americanilor. Modulul de sus îndeplineşte rolul de ventilator şi captare a CO2-ului din aer

Chimia ne spune că CO2-ul care interacţionează cu KOH formează carbonatul de potasiu K2CO3 şi apa.

În paralel, hidrogenul e produs prin electroliză din apă, care trebuie furnizată acestui sistem. Aici are loc cel mai mare consum de electricitate, dar la final avem hidrogenul curat şi oxigenul.

Foto: Construcţia internă a noului utilaj Aircela

Elveţienii aveau drept etapă următoare de producţie formarea gazului de sinteză, care e un amestec de CO şi H2 şi care stă la bază şi în rafinăriile de petrol pentru producţia tuturor variaţiilor de hidrocarburi care intră în amestecul final pe care-l numit benzină. Americanii nu menţionează foarte specific acest proces, dar spun că produc metanolul ca produs intermediar, printr-o reacţie chimică foarte cunoscută, între care hidrogenul intră în reacţie cu CO2-ul şi formează metanolul cu formula CH3OH şi apa.

Aici apare o mică posibilă neclaritate — pentru producţia de metanol e nevoie de hidrogen curat şi CO2 separat total, dar la etapa anterioară de extracţie noi menţionasem că se formează carbonatul de potasiu, K2CO3, şi apa. Ei bine, întâi electricitatea, apoi şi căldura rezultată la electroliza cantităţilor anterioare e folosită totodată pentru a face regenerarea sorbentului, unde CO2-ul se evaporă din şi rămâne din nou soluţia lichidă KOH iniţială.

Astfel în etapa spre metanol pleacă deja CO2-ul separat, iar KOH-ul se întoarce înapoi în următorul ciclu de captare a CO2-ului din aer, el nefiind un consumabil, ci un material care e refolosit de multe ori.

Foto: Benzina sintetică, produsă de Aircela

Din metanol, se produc variaţiile de hidrocarburi necesare benzinei prin sinteză şi aceste hidrocarburi sunt amestecate în dozele corecte pentru a obţine benzina. Din nou, nu e magie, ci e ştiinţă, pe care o foloseşte şi Porsche în fabricile sale de producţie a metanolului sintetic, şi profesorul elveţian şi mulţi alţii care-şi dau interesul de a o face. Meritul acestei echipe e că ei au reuşit să înglobeze ceea ce se întâmplă de obicei într-o fabrică de minimi câteva zeci de metri pătraţi sau chiar sute într-o benzinărie compactă pe care o pui în faţa garajului.

Foto: Atât de mare e fabrica Porsche din Chile de producţie a metanolului sintetic

Inginerii americani nu anunţă cât apă şi câtă electricitate consumă benzinăria or privată, dar noi n-am putut să nu facem aceste calcule. Măcar estimativ, întrucât nu cunoaştem exact toate procesele lor de recuperare energetică, ce ar putea reduce consumul.

Dar, per total, pentru producţia a 10 litri de benzină e nevoie se consumarea a circa 196-200 kWh de electricitate, cea mai mare parte fiind consumată în electroliza hidrogenului, după care procesele de sinteză a metanolului şi procesul de capturare a CO2-ului din aer.

Pe lângă asta, dacă nu se fac recuperări eficiente, se vor consuma şi circa 52-55 litri de apă, dintre care vreo 31,5 litri vor fi consumaţi în electroliză pentru producţia de hidrogen şi alţi 21 litri pentru sintezele metanolului, şi a hidrocarburilor corecte pentru amestecul final al benzinei. Mai multe etape descrise mai sus, însă, produc apă ca produs auxiliar, iar dacă acea apă e captată şi refolosită, atunci consumul de apă pentru producţia a 10 litri de benzină sintetică poate scădea foarte mult, reducând consumul total cu 10-20 litri de apă. Deci, dacă se foloseşte recuperarea apei, consumul de apă pentru producţia a 10 litri de benzină sintetică poate fi de circa 35-45 litri.

Aşadar, benzinăria deţinută acasă a celor de la Aircela ar consuma în cel mai bun scenariu cam 200 kWh de electricitate şi 35-45 litri de apă filtrată pentru producţia a 10 litri de benzină. Dacă ar fi să se plătească preţul standard al electricităţii din reţea, cei 200 kWh vor costa mult mai mult decât 10 litri de benzină cumpăraţi la o benzinărie obişnuită. Însă, toată logica ar fi să ai suficiente panouri fotovoltaice, încât un consum de 200 kWh produşi datorită soarelui să nu deranjeze prea mult.

Însă dacă e să gândim că am avea nevoie de 50 litri de benzină pe săptămână, atunci am avea nevoie de un sistem de panouri care să producă 1 MWh de electricitate săptămânal, măcar vara. Ca să avem o asemenea producţie de electricitate vara, e nevoie de un sistem de minim 23-25 kW putere instalată. E greu de imaginat o casă şi o curte unde ar putea încăpea un asemenea sistem de panouri fotovoltaice, dedicat doar producţiei de benzină, fără a acoperi consumul propriu-zis al casei.

Deci tot rămâne şi o miză mare pe energia din reţea, care ar fi minunat să fie complet regenerabilă, că altfel toată ecuaţia îşi pierde sensul. Şi în acest caz, mai rămâne necesară şi determinarea proprietarului de a plăti costul celor 200 kWh de electricitate consumaţi pentru 10 litri de benzină, mulţumindu-se cu ideea că, în schimb, are zero emisii nete CO2 din ţeava de eşapament a maşinii sale.