Opfanget vand, kuldioxid fra bilers udstødning kan hjælpe med at dyrke mad

Hvad hvis både vandet og kuldioxiden (CO ₂ ) fremstillet fra et køretøjs udstødningssystem kunne fanges og bruges til dyrkning af fødevarer? Genanvendelse af disse to spildte produkter ville være en game changer for at reducere CO2-fodaftrykket fra vejtrafik og hjælpe landbrugsindustrien med at brødføde en voksende befolkning.

Tre fakultetsmedlemmer ved Texas A&M University, Maria Barrufet, Elena Castell-Perez og Rosana Moreira, har skrevet en hvidbog, der rapporterer deres indledende analyse og udgivet den i håb om at opnå den nødvendige finansiering til at udføre formelle, tværfaglig forskning i projektet.

"Jeg begyndte at læse den relaterede litteratur og lavede simuleringer af, hvad der var muligt, " sagde Barrufet, professor og Baker Hughes Begavet Chair i Harold Vance Department of Petroleum Engineering. "Dette er helt realistisk. Der er allerede skrevet flere forslag til store lastbiler og applikationer til marinekøretøjer, men intet er implementeret endnu. Og vi er de første til at tænke på en personbilsmotor."

Virkningen kan være enorm. I 2019, antallet af køretøjer anslået til at være i brug rundt om i verden var 1,4 mia. En gennemsnitlig personbil i drift kan udlede omkring 5 amerikanske tons (ca. 4,6 tons) CO ₂ Per år, hvilket betyder, at en betydelig mængde drivhusgas går ud i miljøet. En bils brændstofforbrænding skaber også en stor mængde vand om året - omkring 5, 547 gallons (ca. 21, 000 liter).

Castell-Perez og Moreira, begge professorer ved Institut for Biologisk og Landbrugsteknik, kender denne spildte CO ₂ og vand kunne bruges godt, især i byerne. Nylige udvidelser i amerikansk bylandbrug er afhængig af industrielle drivhuse, som bruger en kunstigt beriget atmosfære indeholdende op til tre gange mængden af ​​CO ₂ i normal luft for at forbedre plantesundheden og høsten. Disse bygårde ville have stor gavn af en stabil kilde til gratis, genvundet CO ₂ og vand, da de i øjeblikket køber og bruger næsten 5 pund (over 2 kg) CO ₂ og næsten seks gallons (22 liter) vand til at vokse lidt over to pund (1 kg) produkt. Og disse tal inkluderer ikke vandet og CO ₂ nødvendig til post-harvest fødevareforarbejdning og tæt-fase pasteurisering.

De tre fakultetsmedlemmer skitserede, hvordan den integrerede enhed kunne fungere. Varme fra motoren kunne drive et organisk Rankine cycle (ORC) system, i det væsentlige en lille, lukket enhed indeholdende en turbine, varmevekslere, kondensator og fødepumpe, der fungerer som en gammeldags dampmaskine, men i meget mindre skala, og med langt mindre varme, der skal til for at producere elektricitet. ORC'en ville drive de andre komponenter, såsom et varmevekslersystem, der kunne køle af, komprimere og ændre CO ₂ gas til en væske for mere kompakt opbevaring.

"For år siden, vi troede ikke, vi kunne have aircondition i en bil, " sagde Barrufet. "Dette er et koncept, der ligner det klimaanlæg, vi har nu. På en enkel måde, det er ligesom den enhed, den vil passe ind i trange rum."

Foreløbige simuleringer er opmuntrende. Der forventes ingen væsentlig reduktion i en bils motoreffekt eller stigning i dens brændstofforbrug. Enhver potentiel korrosion i varmevekslersystemet kan løses ved brug af nye belægningsmaterialer. Teoretisk set, køretøjsejere kunne aflevere fulde patroner med CO ₂ og vand på indvindingscentre, ligesom folk bringer aluminium- og ståldåser ind i dag. Eller chauffører kunne endda bruge CO ₂ og vand i deres egne drivhussystemer eller i et samfund, forudsat at CO ₂ blev brugt ansvarligt og fuldt optaget af planterne.

Spørgsmål tilbage, selvom, såsom hvor store disse patroner skal være, hvordan vandet vil blive håndteret, da det ikke kan komprimeres, og med hvilken vægt ville den lagrede CO ₂ og vand påvirker bilens ydeevne.

Barrufet, Castell-Perez og Moreira søger aktivt finansiering til at fortsætte deres arbejde. Mens forskning allerede er på plads i nationale laboratorier og industrier for at forbedre enheder til storskala CO ₂ fange, intet eksisterer i øjeblikket i så lille skala, så der kan gå 10 år før de har noget klar til test.

Den største udfordring kunne komme fra at samle et tværfagligt team til at udføre forskningen. Komponenterne til enheden findes allerede i en eller anden form, men vil have brug for et sammenhængende team af ingeniører fra forskellige specialer til at redesigne dem til at arbejde sammen i et så begrænset rum.

"Alle disse uafhængige ideer og teknologier har ingen værdi, hvis de ikke kan forbindes, " sagde Barrufet. "Vi har brug for folk, der bekymrer sig om fremtiden for at få dette til at ske snart, energiske studerende inden for olie, mekanisk, civil, landbrugs- og andre ingeniørdiscipliner, der kan krydse grænser og arbejde i sync."