Veikko Huuska

Vihreän teknologian tavoite: Hiilidioksidista loppumatonta energiaa

Hiilidioksidista loppumatonta energiaa

Kuvittele, voitaisiinko hiilidioksidia (CO2) muuttaa helposti käyttökelpoiseksi energiaksi. Joka kerta, kun hengität tai ajat moottoriajoneuvoa, tuotettaisiin tärkeää ainetta polttoaineiden tuottamiseksi. Kuten fotosynteesi kasveissa, voisimme muuttaa hiilidioksidiksi molekyylejä, jotka ovat välttämättömiä päivittäisessä elämässä. Nyt tutkijat ovat askeleen lähempänä tätä tavoitetta, joka joskus kuulosti utopistiselta.

Yhdysvaltain Department of Energyin (DOE) Brookhavenin kansallisen laboratorion tutkijat ovat osa tieteellistä yhteistyötä, joka on tuottanut uuden sähkökatalysaattorin, joka tehokkaasti muuntaa hiilidioksiidia hiilimonoksidiksi (CO), erittäin energiseksi molekyyliksi. Heidän löydöstään julkaistiin uutinen 1. helmikuuta 2018 Energia- ja ympäristötiede –lehdessä (Energy & Environmental Science –tiedelehdessä).  https://www.bnl.gov/newsroom/news.php?a=112756

”On monenlaisia tapoja hyödyntää hiilimonoksidia”, toteaa tiedetutkija ja kirjailija Eli Stavitski, joka toimii Brookhavenin tutkimusryhmässä.  ”Voimme reaktoida sitä veden kanssa tuottaaksemme runsas-energiaista vetykaasua, tai vetyä josta teemme hyödyllisiä kemikaaleja, kuten hiilivetyä tai alkoholia. 

Jos onnistumme toteuttamaan kestävän ja kustannustehokkaan tavan hiilidioksiidipäästöjen muuttamiseksi hiilimonoksidiksi tämä kehitysaskel hyödyttäisi suuresti koko yhteiskuntaa.”

Tutkijat ovat jo kauan pyrkineet muuttamaan hiilidioksidit CO: ksi, mutta perinteiset sähkökatalysaattorit eivät voi tehokkaasti käynnistää reaktiota. Tämä johtuu siitä, että kilpaileva reaktio, jota kutsutaan vetysynnyn reaktioksi (HER) tai "veden jakautumiseksi", on ensisijainen hiilidioksidin muuntamisreaktion reitti.

*

Nanokiteinen katalysaattori muuntaa epäpuhdasta vetyä sähköksi

Induktanssi ”L” (Hendry) varastoi energiaa sähkömagneettisen kentän muodossa (UPTON NY). Tavoitteena on vedyn käyttäminen tulevaisuuden puhtaana polttoaineena, mikä vaatii täydellisiä katalysaattoreita – nanomittakaavaisia koneita, jotka parantavat lähtökohtaisia reaktioita. 

Tutkijoiden on  muokattava atomirakenteita saavuttaakseen optimaalisen tasapainon reaktiivisuuden, kestävyyden ja teollisen mittakaavan synteesinä.  Uuden katalyytin raja-alueella tiedemiehet etsivät myös hiilimonoksidia sietäviä nanohiukkasia, maakaasusta peräisin olevan vedyn myrkyllisiä epäpuhtauksia.  Tämä epäpuhdas polttoaine, joka on 40 % edullisempaa kuin vedestä tuotettu puhdas vety, jää suurelta osin käyttämättä. 

Yhdysvaltain Energiahallinnon (DOE) Brookhavenin kansallisen laboratoriokeskuksen tutkijat julkaisivat aikoinaan Nature Communications –lehdessä luonnoksen hankkeesta, jossa he ovat luoneet korkean suorituskyvyn omaavan nanokatalyytin, joka täyttää nämä mainitut vaatimukset.  Platinapäällysteinen sydänkuori –rakenne (ruteniumilla päällystettyä platinaa) kestää vaurioitumatta hiilimonoksidia koska se ohjaa polttokennoihin ja muihin tekniikoihin keskittyviä energeettisiä reaktioita. 

*

Kuten hyvin tiedetään, aurinkokennot absorboivat energiaa valosta ja luovat sähköä. Nykyiset piin hyödyntämiseen perustuvat aurinkokennot tekevät tämän erittäin hyvin, mutta ovat edelleenkin – myönteisestä hintakehityksestä huolimatta - liian kalliita monille laajoille sovelluksille

Pienikokoiset kiteiset puolijohdemateriaalit, niin sanotut "kvanttipisteet" (quantum dots), ovat jännittävä vaihtoehtoinen materiaali, koska pisteitä voidaan tehdä halvemmalla ja täsmällisesti aurinkoenergian talteenottoa silmälläpitäen viritettyinä. Haasteeksi muodostuu, miten kvanttipiteen imaisema aurinkoenergia saadaan siitä ulos ja edelleen sähköenergiana jakeluverkkoon.

Tutkijat mm. Cornell –tutkimuskeskuksessa, NY US, ovat käyttäneet yksinkertaisia molekyylejä johtimina, jotka yhdistävät yksittäisiä kvanttipisteitä toisiinsa. He ovat pystyneet osoittaneet, että yhdellä pikkuruisella hypähtää johtimen kautta viereiseen pisteeseen. Vastoin odotuksia tässä ei tarvinnut "virittää" virtaussähköä: se tapahtui spontaanisti.

Tutkijat havaitsivat, että lyhyet johdot siirtävät sähköä nopeasti, kun taas pitkät johdot siirtävät hitaasti.

Tämä sähkönsiirron riippuvuus johtimen molekyylipituudesta antaa uuden käsityksen kvanttipisteiden mahdollisuuksista sähkönsiirron välineenä. Tutkimus voi mahdollistaa uudentyyppisten korkean tehokkuuden aurinkokennojen kehittämisen ja valoa hyödyntävien laitteiden valistamisen.

*

Nykyinen energiaulotteinen talous ei ole niin uusi kuin äkkipäätä voisi luulla.  Jo Einstein opetti, että ”kaikki on energiaa ja energia on kaikki”, myös sinä itsessäsi olet.  Aine on ”jähmettynyttä” energiaa. - Aineen muuttuminen energiaksi ja energian muuttuminen aineeksi oli kuitenkin jo Sir Isaac Newtonin tiedossa.  http://www.prometheus.fi/tiede/einstein.htm

http://www.elaenergisesti.fi/fi/Blogit/?id=5&p=7 (Kvist – Niutanen – Sulkumäki, 2018)

Käytännössä energiaa on ollut paikoittain, energiakeskittymissä, kuten öljykentillä ja kivihiilikaivoksissa.  Yleisesti käytettävän energian kuljettamisesta on tullut laaja teollisuudenhaara, tankkerit ja Nordstreamit. 

Eniten sotia nykyaikana on käyty öljyn takia, se kun on rajallinen hyödyke ja kovin paikallinen, joskin satunnaisesti eri puolilla tavattava. 

Käyttökelpoisen ja puhtaan energian tuottamiseen liittyvien ratkaisemattomien pulmien ohella mieliä askarruttaa tänään erityisesti: energian varastointiin, siirtoon ja hyödyntämiseen – sekä säästämiseen – liittyvät ongelmat. Samalla kun pyritään eroon johdoista, pistokkeista, kaapeleista ja putkista – on tärkeää pyrkiä eroon myös akuista ja pattereista.  Jo ennen kuin niistä muodostuu ”valtavirtaa”.

Energian tuottamisen vapauttaminen ajasta ja paikasta askarruttaa tutkijoita. Viestien lähettäminen ja siirtäminen langattomasti on ollut jo pitkään arkipäivää. 

Seuraaviin kehitysaskeleisiin, joihin pyritään, on energian siirtäminen langattomasti, ilman välittäviä putkia tai kapseleita. 

Tälläkin tavoitteella on pitkä historia. Vuonna 1902 Tesla siirsi laboratorionsa Shorehamiin, Long Islandille, ja rakennutti sinne Wardenclyffe Towerin, jota suurelta osin rahoitti JP Morgan.  Tämä järjestely tähtäsi langattomaan voimansiirto-järjestelmään (Wireless Power Transmission System – WPTS).  Hän tavoitteensa oli lähettää ”voimia” yli Atlantin ja todistaa idean kaikki  kyvyt.  Ajatus oli yksinkertainen: kaikki sähköä käyttävät laiteet voitaisiin asentaa ”vastaanottimella” ja tehdä langattomasti toimiviksi.

*

Piditkö tästä kirjoituksesta? Näytä se!

0Suosittele

Kukaan ei vielä ole suositellut tätä kirjoitusta.

NäytäPiilota kommentit (2 kommenttia)

Käyttäjän TimoKohvakka kuva
Timo Kohvakka

Hiilimonoksidi käy suoraan lämmönlähteeksi tai moottorien polttoaineeksi ettei sitä tarvitse miksikään enää muuttaa jos sitä "halvalla saa".

Kyllähän energiaa langattomasti voi siirtää, mutta kun energia-aaltoja ei voi suunnata vaan ne leviävät joka suuntaan, hyötysuhde on huono. Esimerkiksi foxhole radio/crystal radio toimii täysin ilman virtalähdettä, koska se nappaa tarvitsemansa energian kirjaimellisesti "eetteristä".

Käyttäjän rjaaskel kuva
Risto Jääskeläinen

Kysehän onkin siitä alkuperäisestä energialähteestä, jolla CO2 saadaan muutettua polttoaineeksi. Mikään katalyytti ei sitä yksin tee. Sähkökatalyytti-sana viittaa elektrolyysiin, siis että hiilidioksidin (liuoksen?) läpi johdetaan sähkövirtaa jne.

Luoja on ratkaisut tämän käytämällä auringonvaloa sinä alkuperäisenä energialähteenä. Kohtalaisen monimutkaisessa fotosynteesilaitteistossa tuotetaan hiilidioksidista haihtumatonta hiilihydraattia, joka sitten toimii "polttoainevarastona" prosesseille.

Siitä, että fotosynteesi on monimutkainen ja riittävän toimiva, voidaan melko loogisesti päätellä, ettei yksinkertaistettu mekanismi toimi riittävän hyvin tai ainakaan tehokkaammin samantapaisessa ympäristössä.

Hiilimonoksidin tuottaminen ei oikein toimi kasveille, koska varastointiongelmat tulevat vastaan. Vähän sama vikahan se on ihmisen teknologiassakin, ei hiilimonoksidia ainakaan paljoa siirrellä energiatuotannossa. Häkäpönttöautossakin se oli lyhyt linja verratuna öljylähteeltä bensapumpulle matkaa.

Jos käytössämme olisi lähes rajattomasti halpaa sähköenergiaa, niin silloinhan tuollainen hiilidioksidin jalostaminen vaikkapa hiilimonoksidin kautta metanoliksi alkaisi olla eräs vaihtoehto liikenteen energiatarpeeseen. Vaan olisi siinä silloin jo muitakin vaihtoehtoja.

Näitä "vettä tankkiin" -esityksiä tulee nykyään tuhkatiheään. En menisi lyömään yhdenkään puolesta vetoa, vaikka aina siinä pieni mahdollisuus onkin, että koko ketju saadaan toimivaksi.

Toimituksen poiminnat

Tämän blogin suosituimmat kirjoitukset