Солнечный нефтеперерабатывающий завод

В промышленном масштабе можно визуализировать солнечный нефтеперерабатывающий завод, который преобразует легкодоступные источники углерода и водорода в форме CO2 и воды в полезные виды топлива, такие как метанол, используя энергию, получаемую от солнечной электростанции. Солнечная утилита, оптимизированная для сбора и концентрации солнечной энергии и / или преобразования солнечной энергии в электричество или тепло, может использоваться для управления электрокаталитическими, фотоэлектрохимическими (PEC) или термохимическими реакциями, необходимыми для процессов преобразования. 

Солнечная энергия, собранная и сконцентрированная в солнечной электростанции, может быть использована различными способами: фотоэлектрические системы могут преобразовывать солнечный свет в электричество, которое, в свою очередь, может использоваться для приведения в действие электрохимических элементов, которые разлагают инертные химические вещества, такие как H2O или CO2, в полезное топливо; могут быть разработаны PEC или фотокаталитические системы, в которых реакции электрохимического разложения управляются непосредственно светом, без необходимости отдельно генерировать электричество; и фототермические системы могут использоваться либо для нагрева рабочих жидкостей, либо для управления желаемыми химическими реакциями, такими как реакции, связанные с термолизом, термохимическими циклами и т.д. Энергия, запасенная в химических связях солнечного топлива, может высвобождаться в результате реакции с окислителем, обычно воздухом, либо электрохимически, либо путем сжигания, как это обычно бывает с ископаемым топливом. На самом деле, PEC и фототермические подходы, хотя они и обещают упростить сборку и / или повысить эффективность преобразования энергии, требуют значительной доработки, прежде чем перейти от лабораторных к опытным и коммерчески жизнеспособным сборкам.

Концентрации CO2 в атмосфере все еще достаточно низки (0,04%), чтобы улавливать и очищать CO2 из атмосферы было бы непрактично дорого, но имеются другие источники CO2, которые значительно более концентрированы. Производство электроэнергии на основе сжигания природного газа или угля отвечает за основную долю глобальных выбросов CO2, при этом другие важные источники представлены цементной, металлургической, нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленностями [3]. Действительно, все большее число крупномасштабных проектов по улавливанию и хранению углекислого газа на электростанциях (CSS) либо действуют, либо строятся, либо находятся на стадии планирования, некоторые из них включают объекты мощностью до 1200 МВт [1]. В то время как преобразование солнечной фотоэлектрической энергии может сократить выбросы CO2, выступая в качестве альтернативного средства производства электроэнергии, использование солнечной энергии для преобразования CO2, вырабатываемого другими источниками, в полезные виды топлива и химикаты, которые могут быть легко интегрированы в существующие системы хранения и распределения, значительно приблизит нас к достижению углеродно-нейтральной энергетической среды.

Очень важный момент, который следует учитывать в отношении надежности солнечных электростанций, заключается в том, что, поскольку улавливание углерода снижает эффективность выработки электроэнергии, электростанции с улавливанием углерода будут производить больше выбросов CO2 (на МВтч), чем электростанции, которые не улавливают CO2. Следовательно, стоимость транспортного топлива, произведенного с помощью улавливания CO2, также должна покрывать дополнительные затраты на дополнительное улавливание CO2[2]. Затем эти затраты необходимо сравнить с альтернативными затратами, связанными с крупномасштабным поглощением CO2. Наконец, необходимо также рассмотреть долгосрочное обоснование преобразования CO2 в жидкое топливо, как только электростанции, работающие на ископаемом топливе, перестанут быть основными источниками CO2. Сжигание топлива по замкнутому циклу и улавливание CO2, например, из выхлопных труб транспортных средств, представляет собой значительно более сложную техническую и экономическую задачу, чем улавливание из концентрированных стационарных источников.

В заключение отметим, что многопрофильные команды химиков-материаловедов, материаловедов и инженеров-материаловедов по всему миру верят в мечту о солнечном нефтеперерабатывающем заводе и устойчивой экономике, основанной на CO2. В любом случае ясно, что разработка моделей для оценки энергоэффективности и экономической целесообразности солнечного нефтеперерабатывающего завода и в то же время выявление препятствий, которые необходимо преодолеть, чтобы реализовать конкурентоспособную переработку солнечного топлива, будет продолжать играть решающую роль в разработке необходимых технологий.