Revista >> Iulie 2018 [Nr. 206] >> Cercetare & Invatamant superior

Tehnologii noi pentru un miracol: combaterea încălzirii globale

Bogdan Marchidanu

26 Iulie 2018

Episodul 1: Producţia de energie şi de materiale energofage
IEEE, cea mai mare organizaţie profesională mondială din domeniul tehnic, a publicat recent o serie de articole legate de combaterea eficientă a încălzirii globale prin introducerea de tehnologii noi. Cele trei domenii principale vizate de organizaţie sunt producerea de energie, transporturile şi producţia de hrană, adică trei dintre cele mai importante domenii generatoare de gaze cu efect de seră. Revista Market Watch şi-a propus să prezinte în cadrul a trei episoade lunare o sinteză a acestor progrese tehnice cu efect posibil revoluţionar.

Chiar dacă de ani de zile se depun eforturi pentru găsirea de soluţii mai puţin poluante în zona producţiei de energie şi de materiale energofage precum cimentul sau oţelul, situaţia curentă arată că prea puţine lucruri au reuşit să se schimbe. Mai bine de 80% din producţia globală continuă să se bazeze pe consumul de hidrocarburi, cu efect în generarea de gaze de seră care agravează fenomenul catastrofal al schimbărilor climatice.

Desigur, şi chiar şi IEEE subliniază acest fapt, în multe ţări s-au luat măsuri la nivel legislativ şi administrativ pentru limitarea emisiilor de gaze de seră. Cele mai multe astfel de măsuri se referă la impunerea unor taxe pe emisiile de gaze, cuantumurile acestor taxe diferind de la ţară la ţară. Astfel de taxe sunt aplicate, în acest moment, doar la nivelul fiecărei ţări, fără a exista însă un acord cadru global de impunere şi nici măcar o politică globală coordonată.

Însă relativ recentele evenimente legate de anunţul retragerii unor mari jucători din acordurile deja încheiate (a se vedea cazul SUA-Acordul de la Paris) arată că bazarea exclusivă pe încheierea de acorduri internaţionale şi pe existenţa unor politici globale comune nu este suficientă pentru combaterea eficientă a încălzirii globale.

Dioxidul de carbon poate deveni benefic
IEEE arată în suita de articole publicate că cercetarea tehnologică şi cea aplicativă are, ca în multe alte cazuri, darul de a demonstra că ceea ce a fost socotit dăunător multă vreme nu trebuie să rămână neapărat dăunător pe vecie. Ba chiar poate avea capacitatea, în anumite circumstanţe, de a deveni benefic pentru întreaga omenire. Iar, în acest scop, IEEE oferă două studii de caz aflate în plin proces de implementare şi exploatare.

Primul caz este cel al uzinei de generare energie electrică, cu o capacitate instalată de 2,7 GWh, din localitatea americană Bucks, Alabama, unde tehnicienii şi inginerii uzinei vor începe în acest an instalarea unor containere gigant de un tip cu totul nou la baza uzinei principale de generare energie. Containerele conţin un tip nou de celulă de combustie, proiectată nu numai ca să genereze energie, ci şi ca să capteze şi să concentreze până la 90 la sută din dioxidul de carbon provenit de la uzina principală, care funcţionează pe baza arderii cărbunelui fosil şi a gazului natural. Un astfel de nivel de captură a dioxidului de carbon rezultat din arderi poate face ca termocentralele electrice să ajungă să semene mai degrabă cu nişte uzine geotermale, în plus fără riscurile de intermitenţă asociate centralelor eoliene sau celor solare.
Secretul acestei celule de combustie constă în folosirea carbonatului în stare topită. În dreptul catodului celulei de combustie se face alimentarea celulei cu dioxid de carbon şi oxigen, care, într-o anume formulă de ecuaţie chimică, reacţionează pentru a forma ioni de carbonat cu sarcină electrică suspendaţi într-un electrolit din sare topită. Ionii se deplasează apoi prin electrolit către anod, unde reacţionează cu atomii de hidrogen obţinuţi dintr-un combustibil tip hidrocarbură de genul gazului natural sau al biogazului pentru a produce în final apă, dioxid de carbon şi electroni. Aceşti electroni migrează apoi în circuitele externe de generare energie înainte de a se întoarce la catod, în vreme ce dioxidul de carbon generat în reacţie este reciclat înapoi către catod.

Ca lucrurile să fie şi mai interesante, această nouă tehnologie de generare energie electrică are şi o altă utilizare. Inginerii firmei care produce aceste celule de combustie şi-au dat seama că prin modul ei de funcţionare, celula de combustie poate fi folosită la concentrarea şi colectarea dioxidului de carbon la anodul celulei. Iar pentru înlocuirea dioxidului de carbon consumat la funcţionarea celulei, se poate folosi pur şi simplu poluarea din aer, mai exact poluarea ca reziduu al proceselor industriale. Iar astfel de surse de poluare reprezintă circa 5% din emisiile globale de dioxid de carbon!

Un al doilea caz extrem de interesant pentru viitor este cel al folosirii directe a dioxidului de carbon pentru generarea de energie prin combustie. Un astfel de procedeu poate părea cel puţin ciudat având în vedere că incendiile se sting, de obicei, cu extinctoare bazate pe împrăştierea de dioxid de carbon. Un nou procedeu aflat în fază de experiment pentru o nouă uzină de producţie energie electrică dintr-o suburbie a oraşului american Houston vrea să demonstreze că, în anumite condiţii, dioxidul de carbon poate susţine procesele de combustie şi, deci, poate genera energie.

Sistemul proiectat pentru această uzină (foto) foloseşte un amestec combustibil care este compus în proporţie de 95% din dioxid de carbon adus la temperatura de combustie. Cheia de transformare a dioxidului de carbon în soluţie pentru marea problemă a contemporaneităţii rezidă într-o stare bizară a materiei cunoscută ca stare de fluid supercritic. La o temperatură de peste 31,1 grade Celsius şi o presiune de peste 7,39 Megapascali, dioxidul de carbon intră în stare supercritică. Ajuns într-o astfel de stare, el se poate extinde ca un gaz, dar având un comportament similar cu un fluid ce are densitatea unui lichid. Poate ajunge chiar să dizolve lucruri în mod similar unui lichid (şi chiar e folosit în mod curent la decofeinizarea cafelei).

Extrem de important aici este faptul că dioxidul de carbon în stare supercritică poate fi pompat, comprimat şi determinat să rotească o turbină de generare energie electrică cu o eficienţă la care aburul tehnologic nu poate ajunge niciodată. Această proprietate a dioxidului de carbon este deja folosită pentru a înlocui generarea de energie cu ajutorul aburului în tot felul de uzine de generare energie electrică, inclusiv uzine nucleare.