Метанол-бесцветная жидкость, которая может быть сделана из сельскохозяйственных отходов—уже давно рекламируется как Зеленая альтернатива ископаемому топливу. Но он токсичен и имеет только половину удельной теплотворной способности бензина. Теперь исследователи сообщают, что они создали потенциально дешевый способ использования солнечного света для преобразования метанола в этанол, более перспективное альтернативное топливо, которое менее вредно и обладает большей удельной энергией. Результаты этих исследований ждут в автомобильной промышленности, включая стенды испытания двигателей внутреннего сгорания этанола, в химической промышленности и энергетике.
Идея превращения метанола в этанол не нова. У разработчиков уже есть три химических процесса, которые осуществляют это. Но процессы требуют затрат тепла, создания высокого давления и применения токсичных компонентов, таких как окись углерода. Имеются предложения производить этанол путем ферментирования стеблей кукрузы или сахарного тростника. Но выращивание этих культур потребует расширения дефицитных сельскохозяйственных угодий, на которых выращивают продовольственные культуры. Исследователи и компании также предложили способы преобразования сельскохозяйственных отходов в этанол. Однако до сих пор они оказывались слишком дорогостоящими, чтобы быть конкурентоспособными. ЧАО Цзюнь ли, химик из Университета Макгилла в Монреале, Канада проводил поиск более перспективных способов. В 2014 году он и его коллеги показали, что крошечный пучок нанопроволок из полупроводникового нитрида галлия (GaN) может выступать в качестве катализатора для превращения метана в бензол, полуфабрикат, используемый для производства десятков других промышленных соединений, таких как пластмассы, растворители и клеи. Катализаторы - это соединения, которые стимулируют реакции других химических веществ, не участвуя в этих реакциях непосредственно, а значит их цена мало влияет на стоимость продуктов этих реакций. Не расходуясь, они могут делать свою работу снова и снова. Это относится и к нанопроволоке, перестраивющей химические связи между атомами углерода, что необходимо для преобразования метанола в этанол. Изучался вопрос, могут ли нанопроволоки GaN работать на метаноле. Исследователи выращивали и тестировали несколько различных нанопроволочных композиций. В результате была найдена конструкция из длинных, тонких нанопроволок GaN, легированных магнием, лучше всего поглощающих ультрафиолетовый (УФ) свет и использующих эту энергию для преобразования метанола в этанол. Поглощенный УФ-свет заставил поверхности нанопроволок стать отрицательно поляризованными по отношению к внутренней части. Этот заряд отрывает молекулу воды от молекулы метанола, сидящей на поверхности нанопроволоки, оставляя реактивное соединение, называемое метилкарбеном. Когда молекула воды покидает поверхность, карбен реагирует с соседней молекулой метанола и в результате получается этанол. Описанный процесс является лишь доказательством концепции. Преобразование метанола в этанол требует ультрафиолетового света, который является лишь малой долей солнечного света, достигающего Земли. Чтобы процесс был экономически эффективным, может потребоваться настройка нанопроволок, чтобы заставить их работать с видимым спектром, который более мощно представлен в падающих на Землю лучах солнца. В дополнение к производству этанола нанопроволочный катализатор может также генерировать другие ценные углеводороды, такие как 1-пропанол, спирт, используемый в фармацевтическом производстве, из метанола. Эти потребности стимулируют создание нанопроволочных катализаторов для преобразования низкоценных товарных химических веществ в ряд более высокоценных, используя только солнечный свет. Когда реально потребуется стенд испытания двигателей внутреннего сгорания на этиловом спирте зависит от успехов Чао Цзюнь Ли и его команды, а так же последователей этого перспективного направления. Ведь этиловый спирт при таком дешевом способе производства может понадобиться не только для двигателей, но для многих других потребителей этого ценного продукта. Обогрев небольшого помещения с помощью спиртовки будет вполне реальной ситуацией. А некоторое повышение уровня СО2 в комнате во многих случаях даже и полезно для здоровья человека.
Представленные исследования являются фундаментом для придания нового импульса многим направлениям техники, связанным с химической технологией, энергетикой, транспортом.
Этанол находит применение во всех этих направлениях, но как сказал Менделеев, сжигать этанол = топить ассигнациями. Важнейшее значение представленных методов в том, что этанол становится доступным и не дорогим по цене.
Автомобильные двигатели внутреннего сгорания на этаноле, это практически база для экологически чистого транспорта. Упрощаются задачи эксплуатации таких двигателей, испытаний и диагностики.
У этих исследований имеются и подводные камни. В случае серъезных успехов в число стран-поставщиков топлива для автомобилей могут выдвинуться Бразилия и некоторые другие тропические территории, а так же большие территории других широт, занятые лесами. Производители углеводородного топлива могут искусственно тормозить эти исследования, скупать патенты и консервировать их. С другой стороны производители и технологические потребители этанола так же могут активно вмешаться а продвижение этих технологий, а это и растворители в фармацевтике и косметике, алкогольные напитки и др.
Стенд испытания небольших двигателей внутреннего сгорания на этаноле в офисе становится реальной перспективой. Ведь среди выхлопных газов опасность может представлять только CO, но и с ним можно справиться известными технологическими способами. Другие проблемы испытаний на стенде, например, охлаждение управляемого имитатора нагрузки так же могут оказаться легко разрешимыми. Решение уже просматривается в документации на контроллер DSP7000. Это ускоренное построение графиков мощность/скорость, крутящий момент/скорость в динамическом режиме испытаний двигателя внутреннего сгорания. На этаноле могут работать и приводы автономных генераторов электричества. На стендах испытания двигателей внутреннего сгорания, механики могут сменить синие воротнички на белые.
