Avainsana-arkisto: hiilidioksidi

Keskittävä aurinkovoima

Keskittävä aurinkovoima

Keskittävä aurinkovoima (concentrated solar power; CSP) on eräs varteenotettava teknologia hiilidioksidittomaan energiantuotantoon. CSP-menetelmällä auringon säteilyenergiaa  konsentroidaan lukuisien peilien avulla yksittäiseen torniin, jonka sisällä oleva sulasuola (molten salt) kuumenee jopa lähemmäs tuhatta celsiusastetta. Sulasuolaan varastoidulla energialla tuotetaan vesihöyryä, joka puolestaan pyörittää höyryturbiinia. Sähköä saadaan turbiinin pyörittämästä generaattorista. Sulasuolateknologian avulla aurinkoenergiaa voidaan varastoida yön yli tapahtuvaa sähköntuotantoa varten ja saadaan pidettyä järjestelmä käynnissä 24/7.

EcoWatch raportoi, että kalifornialaisella yrityksellä SolarReservellä on kunnianhimoinen CSP-projekti, jonka tarkoituksena on rakentaa Nevadaan maailman suurin jopa kahden terawatin järjestelmä. Esimerkiksi nykyaikainen ydinvoimala on samaa kokoluokkaa, ja tällä voitaisiinkin tuottaa miljoonan kotitalouden sähkö. Projektin työllistämisvaikutukset ovat myös merkittävät, sillä se toisi tuhansia työpaikkoja useiksi vuosiksi. Hintalappu on viiden miljardin USA:n dollarin arvoinen, eli se on varsin kilpailukykyinen muihin energiantuotantomuotoihin verrattuna.

Ympäristöystävällinen ruotsinlaiva

Viking Line vastaanotti 10.1.2013 Viking Grace-aluksen. Laiva on rakennettu STX:n Turun telakalla. Viking Grace on maailman ensimmäinen suuri matkustaja-alus, joka käyttää polttoaineenaan nesteytettyä maakaasua. Maakaasu on erittäin ympäristöystävällinen polttoainevalinta verrattuna perinteisimpiin laivojen polttoaineisiin. Maakaasua käytettäessä rikkipäästöjä ei käytännössä synny lainkaan. Typpi- ja hiukkaspäästöt vähenevät huimat 85 prosenttia ja kasvihuonepäästöt 15 prosenttia.

Laiva aloittaa liikennöinnin Turun ja Tukholman välillä 15.1.2013.

Lähde: http://www.vikingline.com

Sisäilman kohonnut hiilidioksidipitoisuus huonontaa päätöksenteon tehokkuutta

Berkeley Labin tutkijoiden mukaan kohtalaisen korkea sisäilman hiilidioksidipitoisuus voi merkittävästi heikentää ihmisten päätöksenteon tehokkuutta. Tulokset olivat yllättäviä ja niillä saattaa olla merkitystä koulujen ja muiden tiheästi miehitettyjen tilojen suhteen.

Kokeessa oli yhdeksän eri päätöksenteon tehoa kuvaavaa arvoa, joista kuusi alenee merkittävästi hiilidioksidipitoisuuksissa 1000 ppm ja joista seitsemän alenee voimakkaasti pitoisuuksissa 2500 ppm. Aikaisemmissa tutkimuksissa on tarkasteltu pitoisuuksia 10000 ppm ja 20000 ppm, koska vaikutusten on arveltu alkavan vasta näissä pitoisuuksissa.

Sisäilman hiilidioksidin ensisijainen lähde on ihminen. Kun ulkona hiilidioksidipitoisuus on noin 380 ppm, sisällä se saattaa olla monta tuhatta ppm:ää. Sisäilman korkeampi hiilidioksidimäärä johtuu tehottomasta ilmanvaihdosta, jolla pyritään säästämään energiakulutuksessa.

Toimistorakennuksissa CO2-määrä ei yleensä ylitä 1000 ppm:ää, lukuun ottamatta neuvotteluhuoneita joissa on paljon ihmisiä samassa tilassa. Luokkahuoneissa sen sijaan 1000 ppm:ää ylitetään jatkuvasti ja välillä 3000 ppm. Tällaisia hiilidioksidimääriä on aikaisemmin pidetty huonon ilmanvaihdon ja ilmanlaadun merkkinä, mutta tämän tason hiilidioksidipitoisuudesta itsessään ei ole oltu huolissaan. Ohjesäännön mukaan kahdeksan tunnin työpäivälle maksimialtistus on 5000 ppm.

Tutkimus on tehty suhteellisen pienelle ryhmälle ja se onkin toistettava isommassa mittakaavassa ennen kuin uusia suosituksia hiilidioksidipitoisuuksista voidaan antaa.

Lähde: http://newscenter.lbl.gov/

Levästä biosynteettistä metaania

Levästä voidaan valmistaa metaania EPFL:ssä ja Paul Scherrer Instituutissa kehitetyllä teknologialla. Fotobioreaktorissa kasvatettu leväbiomassa muutetaan SunCHem-nimisellä katalyyttisellä hydrotermisella kaasutuksella metaaniksi.

Menetelmällä on monia hyviä puolia. Levänkasvatus kuluttaa ilmakehän hiilidioksidia. Levä kasvaa muuta biomassaa huomattavasti nopeammin ja se voi tuottaa 30-55 tonnia kuiva-ainetta hehtaaria kohden, mikä on viidestä kymmeneen kertaan enemmän mitä maissista, soijasta tai sokeriruo’osta saadaan. Levää voidaan viljellä ilman multaa, yksinkertaisesti auringolle altistetuissa bioreaktoreissa. Levä ei siis tarvitse hedelmällistä maaperää, joka voidaan säästää ruuan tuotantoon.

Laitteisto ei tarvitse liuottimia, vaan pelkkä vesi riittää. Vedelläkään ei ole suurempia laatuvaatimuksia. Levän tarvitsemat ravinteet kuten fosfori voidaan kierrättää järjestelmässä, mikä on tärkeää koska fosforivarannot ovat rajalliset.

Vaikka menetelmän ympäristöön kohdistuva vaikutus on vähäinen, saanto on valtava. Jopa 60-70 prosenttia fotobioreaktoreissa tuotetusta biomassan energiasta saadaan käyttöön metaanin muodossa.

Lähde: http://actu.epfl.ch

Bakteeri tuottamaan isobutanolia liikenteen polttoaineeksi

Geneettisesti muokattu eliö voi muuntaa hiilidioksidin tai jätteen bensiinin kanssa yhteensopivaksi liikennepolttoaineeksi.

Tavanomaisella maaperän bakteerilla Ralstonia eutrophalla on luonnostaan kyky keskittyä stressitilanteessa kasvun sijaan monimutkaisten hiiliyhdisteiden valmistamiseen. Bakteeri menee hiilen varastointitilaan, kun sille tärkeiden ravinteiden kuten nitraatin ja fosfaatin määrä on vähäinen. Bakteerin luonnonmuoto tuottaa biomuovin kaltaista yhdistettä, kun taas MIT:n tutkijoiden geenimanipuloima muoto polttoaineeksi sopivaa isobutanolia. Bensa voidaan suoraan korvata isobutanolilla tai sen joukkoon voidaan sekoittaa isobutanolia.

Bakteeri voi hyödyntää hiiltä eri lähteistä. Tutkijat ovat erityisesti keskittyneet samaan bakteerin käyttämään hiilidioksidia hiililähteenä. Bakteerista saattaa olla mahdollista kehittää myös muoto, jonka hiililähteeksi käy muun muassa maatalouden ja asutuksen jätteet. Laboratoriossa mikrobille on käytetty hiililähteenä fruktoosia.

R. Eutropha erittää isobutanolin ympäröivään liuokseen, josta isobutanoli voidaan jatkuvasti erottaa ilman prosessin pysäyttämistä. Nykyiset moottorit voivat käyttää isobutanolia pienillä muutoksilla tai jopa ilman muutoksia. Isobutanolia on käytetty jo joissakin ralliautoissa.

Lähde: http://www.mit.edu

Vedyn varastointi muurahaishappona

Vetyä pidetään kiinnostavana polttoaineena, koska se voidaan tehokkaasti muuntaa energiaksi ilman että muodostuu myrkyllisiä yhdisteitä tai kasvihuonekaasuja. Vetypolttoaineen ongelmakohtia ovat sen varastointi ja kuljetus.

Tietynlaisten katalyyttien avulla vety voidaan yhdistää hiilidioksidin kanssa, jolloin muodostuu muurahaishappoa. Nyt on kehitetty katalyytti, joka soveltuu käytettäväksi vesiliuoksessa, huoneenlämmössä ja normaalipaineessa. Reaktio on reversiibeli ja reaktion suunnan määrää liuoksen happamuus. Kun vetyä halutaan käyttää esimerkiksi polttokennoissa käännetään vain katalyytin ”pH-kytkintä” ja reaktio muuttuu käänteiseksi. Nestemäistä muurahaishappoa voidaan käyttää myös suoraan muurahaishappopolttokennoissa.

Muurahaishappo vetyvarastona
Katalyytti voi olla protonoidussa ja protonoitumattomassa muodossaan. Katalyytti muuntaa NTP-olosuhteissa reversiibelisti vety- ja hiilidioksidikaasun nestemäiseksi muurahaishapoksi tai päinvastoin. Näin ollen kaasut voidaan kuljettaa nestemäisessä muodossa ja myöhemmin käyttää helposti hiilineutraaleissa energiasovelluksissa säätämällä vain pH:ta.

Lähde: Brookhaven National Laboratory (http://www.bnl.gov/)

Aurinkosähkön varastointi kemiallisena energiana

Maailman laajuinen energiankulutus tulee vähintään kaksinkertaistumaan seuraavan vuosisadan aikana. Tänä päivänä 80% käytetystä energiasta on tuotettu fossiilisista polttoaineista. Ihmisperäisen ilmastonmuutoksen rajoittamiseksi onkin tärkeää siirtyä fossiilisista energiasta kohti aurinkopohjaisia järjestelmiä. Tällaisessa energiantuotannossa on suuri merkitys tehokkaalla energian varastoinnilla, jolla ratkaistaan energiamuotoon liittyvät epäsäännöllisyystekijät. Aurinkoenergia voidaan varastoida kemiallisena energiana, mistä ensimmäisenä tulee mieleen veden hajottaminen aurinkosähköllä elektrolyysin avulla vedyksi. Valitettavasti vedyn kuljetukseen ja varastointiin liittyy suuria ongelmia. Alkoholeilla ja nestemäisillä hiilivedyillä ei ole vastaavia ongelmia. Erityisesti nestemäiset hiilivedyt soveltuvat aurinkopolttoaineeksi niiden korkean energiatiheyden vuoksi.

Aurinkopolttoaineita voidaan tuottaa olemassa olevilla menetelmillä. Aurinkoenergia voidaan muuttaa polttoaineeksi lähemmäs kymmenen prosentin hyötysuhteella, kun hiilidioksidista ja vedestä valmistetaan nestemäistä hiilivetyjä. Saavutettu hyötysuhde on merkittävä verrattuna muihin kehitteillä oleviin teknologioihin, mutta haastetta riittää vielä kustannusten laskemisessa ja hyötysuhteen parantamisessa edelleen.

Aurinkosähkön varastointi kemiallisena energiana

Lähde: W. Haije, H. Geerlings, Environ. Sci. Technol. 2011, 45, 8609–8610

Käänteinen vesi–kaasu-vaihtoreaktio
Fischer–Tropsch-prosessi