استخراج سوخت از هوا

[rohamavation]

از نظر فنی، این فناوری مدرن بر استخراج دی اکسید کربن (CO 2 ) از هوا و مخلوط کردن آن با هیدروژن استخراج شده (H 2 ) از آب متکی است. این مخلوط متانول را تشکیل می دهد که ترکیب اصلی بنزین و بنزن است. سپس توسط فرآیند فیشر-تروپش فرآیند فیشر-تروپش مجموعه ای از واکنش های شیمیایی است که مخلوطی از مونوکسید کربن و هیدروژن یا گاز آب را به هیدروکربن های مایع تبدیل می کند. تحریک می شود. این تکنیک به خاطر توسعه دهندگان اصلی آلمانی آن، فرانتس فیشر و هانس تروپش، که پس از فرآیند تقطیر از یک راکتور کاتالیزور سوخت آهن یا کبالت برای دفع مقادیر آب و تبدیل آن به بنزن در راکتورهای تخصصی در دمای 200 تا 400 درجه سانتیگراد استفاده کردند، نامگذاری شده است
یکی از راه‌های انجام این کار کاهش الکتروشیمیایی CO2 نامیده می‌شود، که در آن گاز CO2 را از طریق آب حباب می‌کنید و با آب روی سطح یک الکترود مبتنی بر مس واکنش نشان می‌دهد. مس به عنوان یک کاتالیزور عمل می کند و مواد شیمیایی را به گونه ای کنار هم می آورد که آنها را تشویق به واکنش می کند. به بیان ساده، واکنش اولیه یک اتم اکسیژن را از CO2 جدا می کند تا مونوکسید کربن یا CO را تشکیل دهد که به خودی خود یک ماده شیمیایی صنعتی مهم است. سپس سایر واکنش های الکتروشیمیایی CO را به مولکول های مهمی مانند الکل ها، سوخت ها و چیزهای دیگر تبدیل می کند.
سیستم جذب مستقیم هوای کربن به طور مستقیم CO2 را از جو حذف می کند، سپس آن را تصفیه می کنه و یک مایع CO2 فشرده آماده برای خط لوله را تنها با استفاده از انرژی و آب تولید می کند. این دی‌اکسید کربن را می‌توان با هیدروژن تولید شده از سوخت‌های فسیلی ترکیب کرد تا سوخت‌های هیدروکربنی با شدت کربن فوق‌العاده کم مانند بنزین، دیزل و سوخت جت تولید کند.
ساخت سوخت از CO2 استخراج شده فقط یک نوار جانبی برای این رویکرد نیست. همچنین می تواند برخی از نیازهای حمل و نقل سوخت را در سراسر کشور و جهان برای حمایت از ماموریت های استراتژیک مانند ماموریت های ارتش ما برطرف کند.
سوخت مایع و آب اکثریت توده حمل شده به نیروهای نظامی مستقر را تشکیل می دهند. تامین سوخت و آب آشامیدنی نیروها در سالن نمایش به قیمت جان، حدود 4 جان به ازای هر 100 کاروان، تمام می شود. برای کاهش چشمگیر اینها، ارتش ما می خواهد راکتورهای هسته ای کوچکی را مستقر کند که تامین مجدد آنها هر چند سال یک بار یا بیشتر باشد.اصلاح متان بخار (SMR) فرآیندی است که در آن متان حاصل از گاز طبیعی، با بخار، معمولاً با یک کاتالیزور، برای تولید مخلوطی از مونوکسید کربن و هیدروژن مورد استفاده در سنتز آلی و به عنوان سوخت گرم می‌شود. پرکاربردترین فرآیند برای تولید هیدروژن
متعاقباً، در آنچه "واکنش جابجایی آب-گاز" نامیده می شود، مونوکسید کربن و بخار با استفاده از یک کاتالیزور برای تولید دی اکسید کربن و هیدروژن بیشتر واکنش نشان می دهند. در مرحله نهایی فرآیند به نام "جذب نوسان فشار"، دی اکسید کربن و سایر ناخالصی ها از جریان گاز حذف می شود و اساساً هیدروژن خالص باقی می ماند. اصلاح بخار همچنین می تواند برای تولید هیدروژن از سوخت های دیگر مانند اتانول، پروپان یا حتی بنزین استفاده شود.$CH4 + H2O (+ heat) → CO + 3H2$
این SMRها همچنین می‌توانند سیستم‌های استخراج CO2 به سوخت شرکت کربن را در مکان‌هایی که انرژی‌های تجدیدپذیر غیرممکن هستند، مانند سایت‌های دوردست و برای اکثر مأموریت‌های نظامی، اجرا کنند..I hope I helped you understand the question. Roham Hesami, sixth semester of aerospace engineering
رهام حسامی ترم ششم مهندسی هوافضا

[MRT]

این کاتالیست در ﺳﻨﺘﺰ ﻓﯿﺸﺮ – ﺗﺮوﭘﺶ کاربرد دارد. به طور خلاصه با ترکیب گاز مونو اکسید کربن و هیدروژن میتوان هیدروکربن ها را سنتز نمود. ﺳﻨﺘﺰ ﻫﯿﺪروﮐﺮﺑﻦ ها در فرایند ﻓﯿﺸﺮ – ﺗﺮوﭘﺶ در حضور ﮐﺎﺗﺎﻟﯿﺰوری انجام میشود که جزء فعال آن را فلزات کبالت و آهن تشکیل می دهد. محصول نهایی انواع و اقسام هیدروکربن ها میباشد. این واکنش گرمازا بوده و میتوان از حرارت بدست آمده آن استفاده های بسیاری کرد. چراکه در محدوده دمای 340 درجه انجام می پذیرد. در این رابطه برتری کبالت به آهن ثابت شده است. چرا که آهن خاصیت کاربید زایی داشته و آلیاژ چدن و فولاد را تشکیل می دهد. ولی کبالت میل ترکیبی با کربن را نداشته و بهتر از آهن عمل می کند. امروزه بیشتر از این فلز گران بها و کمیاب استفاده میشود . محصول سنتی و معمول تولید شده ترکیبی است از ذرات آلومینا گاما متخلخل در سایز 50 میکرون و نیترات کبالت متبلور. این محصول به آرامی تا دمای 100 درجه حرارت داده میشود تا از آب متبلور آن کاسته شود. سپس دمای آن تا 300 درجه افزایش می یابد تا تمام بخار آب و گاز نیترات سمی از آن خارج شود و مدتی در این دما باقی می ماند تا ذرات اکسید کبالت نانو در حفرات آلومینا گاما توزیع و پراکنده شوند. سپس محصول بدست آمده داخل کیسه هایی از جنس فایبرگلاس (الیاف شیشه) یا الیاف سرامیکی در دمای زیر 200 درجه قابل استفاده است. ولی در دماهای بالا میبایست این محصول تحت فشار زیاد پرس و به صورت قرص در آید و تا دمای زیر 600 درجه قابل استفاده است. اما مشکل بزرگ، فرایند گرما زای فیشر – تروپش است که اگر دما از محدود 600 درجه فراتر رود اکسید کبالت با اکسید آلومینیوم ترکیب شده و کبالت آلومینات آبی رنگ تشکیل میشود. که کاتالیست عملا غیر فعال و خراب میشود. در واقع در واکنش فیشر – تروپش بیشتر از کیفیت کاتالیست، طراحی رآکتور و کنترل واکنش و دما اهمیت دارد. از آنجایی که آلومینا هادی خوبی برای انتقال حرارت است، جهت نیل به این هدف، شکل کاتالیست و محل استقرار آن در رآکتور و ساختار فیزیکی و ترمودینامیکی خود رآکتور بسیار حائز اهمیت است. که کمتر کشور یا شرکتی توان طراحی و ساخت آن را دارد. در صورت تمایل رنگ کاتالیست به طرف آبی یا آبی تیره، کاتالیست کیفیت خود را از دست داده و غیر فعال خواهد شد. این محصول به روش تلقیح تولید شده،


نوع دوم محصول فوق، سل – ژل کبالت آمونیوم کلرید و آلومینیوم هیدروکسید است. در صورت خشک کردن و کلسینه کردن این محصول در دمای 600 درجه، نانو کاتالیست کبالت پایه آلومینا گاما بدست می آید. در صورت بالا بردن دما، نانو پیگمنت (رنگ دانه) کبالت آلومینات آبی شکل می گیرد که در صنایع رنگ سازی مخصوصا صنایع خودرو کاربرد دارد. کیفیت این رنگ دانه مادام العمر بوده و هیچگاه رنگ خوش آن زایل نمیشود. در صورت استفاده از شعله اکسی هیدروژن (مخلوط گاز اکسیژن و هیدروژن) میتوان این رنگ دانه را به کریستال های یاقوت کبود مصنوعی به روش ورنویل رشد داد. به دلیل خلوص بالا همچنین در روش رشد کریستال چکرالسکی کاربرد دارد. طبق نتایج بدست آمده، افزایش بیش از مقدار ده درصد اکسید کبالت در کاتالیست، باعث جلوگیری از رشد کریستال های آلومینا گاما بالاتر از یک میکرون شده و دمای کلسیناسیون هیدروکسید آلومینیوم آمورف به فاز گاما را کاهش می دهد. محصول نهایی در دمای 400 درجه به مدت 2 ساعت کلسینه شد. سپس درون آب مقطر جوشانده شد و رنگ و PH آن هیچ تغییری نداشت. که دال بر تصعید کامل یون کلر بوده و تنها دو اکسید کبالت و آلومینیوم باقی ماندند. محصول کلسینه شده مقدار زیادی جذب آب دارد با جرم حجمی کم که دال بر پدیدار شدن فاز گاما در محصول نهایی است. با ساییدن محصول نهایی به روی پوست دست و حتی کاغذ سفید، هیچ لکه سیاهی مبنی بر جدا شدن اکسید کبالت از پایه آلومینایی مشاهد نشد. که همگی نشانه ای بر کیفیت بالای کاتالیست تولید شده به این روش است. در واقع مزیت و برتری تولید کاتالیست به روش سل – ژل نسبت به روشهای قبلی، ثابت و معلوم شده است و محصول جانبی این فرایند کلرید آمونیوم میباشد که ارزش صنعتی دارد.


منبع : https://tungstenconcentrate.ir

درسته که آیلان ماسک جایزه چند میلیون دلاری برا اینجور فناوری ها اعلام کرده ولی خلاص شدن از شر اینهمه گاز دی اکسید کربن در اتمسفر کار راحتی نخواهد بود. اگه به این راحتی بود اینهمه ولخرجی نمی کرد. چیزی در مایه نخود سیاه است و البته دست نیافتنی. همانقدر که ترکیب اکسیژن و کربن انرژی زا هست تجزیه این ترکیب همانقدر انرژی گیر است. با فرض اینکه کسی بتواند به این فناوری دست یابد امثال آیلان در نزد او ندار و فقیری بیش نخواهند بود و لازم نیست اینهمه خودشو دست و دلباز و ولخرج نشون بده. انشالله شما موفق شوید. ما دعا گوی شما هستیم ولی ... قوانین فیزیک کمی سخت هستند و آزادی یا دمکراسی تعریف نشده است آنچه که هست جبر است.
انرژی که در سیستم فوق آزاد خواهد شد مربوط به ترکیب هیدروژن و اکسیژن و تولید آب است. در ظاهر چنین به نظر می رسد که این سیستم با چرخه دی اکسید کربن کار می کند و به مقدار آن در اتمسفر افزوده نخواهد کرد. یعنی آلایندگی دی اکسید کربن ندارد ولی حجم قابل توجهی از اکسیژن را به آب تبدیل خواهد کرد که غیر قابل بازگشت به طبیعت است. در حالی که گاز دی اکسید کربن توسط گیاهان و نباتات قابل تجزیه و بازیافت هستند. به نظر من سیستم خیلی بدی خواهد بود و سیاره زمین با کمبود اکسیژن مواجه خواهد شد و این اکسیژن غیر قابل بازیافت و یا بازگشت خواهد شد. چرا که اگر اب را تجزیه کنید مجدا هیدروژن تولید خواهد شد و میتواند در نهایت با همان اکسیژن واکنش دهد

[rohamavation]

فرآیند فیشر-تروپش مجموعه ای از واکنش های شیمیایی است که مخلوطی از مونوکسید کربن و هیدروژن یا گاز آب را به هیدروکربن های مایع تبدیل می کند. ... سپس فرآیند فیشر-تروپش این گازها را به روغن روانکاری مصنوعی و سوخت مصنوعی تبدیل می کند.امروزه از فناوری فیشر-تروپش برای تولید سوخت مایع از زغال سنگ و گاز طبیعی استفاده می شود. فناوری فیشر-تروپش می‌تواند سوخت مایع را با قیمت‌های قابل رقابت با نفت امروزی فراهم کند.مرحله اول: CO2 را به دام بیندازید. این کار را می توان با استفاده از آمین های خاص انتخاب شده مانند تری اتانول آمین انجام داد.
مرحله دوم: $\ce{CO2}$ به دام افتاده را آزاد کنید. در مورد تری اتانول آمین، باید مخلوط را بجوشانید.
مرحله سوم: $\ce{CO2}$ را با هیدروژن مخلوط کنید (هیدروژن از الکترولیز آب تولید می شود). نسبت حجم باید جایی 1:3 باشد.
مرحله چهارم: مخلوط را با کاتالیزور مناسب تهدید کنید. این مرحله ممکن است به دو مرحله تقسیم شود: واکنش جابجایی آب معکوس و برخی از انواع فرآیند فیشر-تروپش با نوعی سنتز الکل به عنوان کاندیدای بسیار جالب. برخی کاتالیزورهای چند منظوره وجود دارند که می توانند هر دو مرحله را همزمان انجام دهند.
یکی دیگر از تغییرات مرحله 4 فرآیند ساباتیر ​​است که شامل تولید متان از$\ce{CO2}$ و هیدروژن است. به طور معمول کاتالیزور نیکل بارانی (پودر) است ری اکشن ساباتیر یا فرآیند ساباتیر از واکنش هیدروژن با دی اکسید کربن در دماهای بالا (بهینه 300-400 درجه سانتیگراد) و فشار (شاید 3 مگاپاسکال) در حضور کاتالیزور نیکل متان و آب تولید می کند.
انرژی مورد نیاز به صورت جریان الکتریکی احتمالاً از 1.5 تا 3 برابر گرمای احتراق سوخت حاصل است که به نوبه خود حداقل دو برابر بیشتر است که می تواند دوباره به کار واقعی تبدیل شود$\ce{CO2 + 4 H2 -> CH4 + 2 H2O }$و${\displaystyle {\ce {CO2{}+4H2->[{} \atop 400\ ^{\circ }{\ce {C}}][{\ce {pressure+catalyst}}]CH4{}+2H2O}}}$و لذا $∆H = −165.0 kJ/mol$
دیگران به دنبال فرآیند اصلاح شده فیشر-تروپش هستند.
$\ce{(2n +1) H2 + n CO -> C_{n} H_{2n +2} + n H2O}$
در اصل، شما باید اکسیژن کربن را که یک فرآیند انرژی بر است، دریافت کنید. و سپس هیدروژن را وصل کنید، که نیست. اما هیدروژن معمولاً از الکترولیز آب به دست می آید که انرژی زیادی دارد.
حال Sabatier reaction مقرون به صرفه هست این [واکنش Sabatier] شامل واکنش هیدروژن با دی اکسید کربن در دماهای بالا (بهینه 300-400 درجه سانتیگراد) و فشار در حضور کاتالیزور نیکل برای تولید متان و آب است.
$CO_2 + 4H_2 \rightarrow CH_4 + H_2O + \text{Energy}$
همانطور که از واکنش شیمیایی قبلی دیدین و اوردم ، برای به دست آوردن 1 کیلو مول CH4 باید 4 کیلو مول هیدروژن به عنوان واکنش دهنده و محیط واکنش 300 تا 400 درجه سانتیگراد داشته باشید (که خدا می داند به چه مقدار کاتالیزور نیاز دارید).
در مقایسه با یک موتور احتراق داخلی معمولی که روی متان کار می کند:
هیدروژن در هوای محیط تا حدی در دسترس نیست که بتواند واکنش ساباتیر ​​پایدار را امکان پذیر کند (این اکسیژن نیست)، به این معنی که شما به یک مخزن هیدروژن جداگانه در کنار موتور خود نیاز دارید (بدون ذکر ماهیت انفجاری هیدروژن).
پیش گرم کردن واکنش دهنده ها تا دمای 300 تا 400 درجه سانتیگراد به یک سیستم گرمایش خارجی نیاز دارد، اگر با استفاده از سوخت هیدروکربنی انجام شود، به یک محفظه احتراق اضافی و یک مبدل حرارتی نیاز دارد.
ارزش حرارتی بالاتر متان = 889 کیلوژول / مول و HHV هیدروژن = 286 کیلوژول / مول بنابراین از نظر تئوری، واکنش ساباتیر ​​با تامین 4 مول راکتور، 1 مول CH4 با ارزش گرمایی 889 کیلوژول را برای شما فراهم می‌کند. از H2 که دارای مقدار گرمایش 4 * 286 = 1144 کیلوژول بود!!
متان و آب به دست آمده دارای نسبت 1:1 هستند، وارد کردن این مخلوط با این مقدار آب به محفظه احتراق، فرآیند احتراق با راندمان بسیار پایینی را برای شما به ارمغان می آورد. محفظه احتراق.
بنابراین آیا کسی خودرویی را ساخته است که متان را بسوزاند و آن را (حداقل بخشی) از گازهای خروجی از اگزوز از طریق واکنش ساباتیر ​​بازیابی کند؟
من واقعاً هیچ ایده ای ندارم اما از نکات قبلی به هیچ وجه آن را به اندازه یک موتور احتراق داخلی معمولی که روی متان کار می کند امکان پذیر نمی بینم.I hope I helped you understand the question. Roham Hesami, sixth semester of aerospace engineering
رهام حسامی ترم ششم مهندسی هوافضا