Aufgefangenes Wasser und Kohlendioxid aus Autoabgasen könnten zum Anbau von Nahrungsmitteln beitragen

Was wäre, wenn sowohl das Wasser als auch das Kohlendioxid (CO2), das aus der Abgasanlage eines Fahrzeugs entsteht, aufgefangen und für den Nahrungsmittelanbau verwendet werden könnten? Die Wiederverwendung dieser beiden Abfallprodukte würde den CO2-Fußabdruck des Straßenverkehrs grundlegend verändern und der Agrarindustrie dabei helfen, eine wachsende Menschheit zu ernähren.

Drei Fakultätsmitglieder der Texas A&M University, Maria Barrufet, Elena Castell-Perez und Rosana Moreira, haben ein Weißbuch über ihre erste Analyse verfasst und es veröffentlicht, in der Hoffnung, die nötigen Mittel für die formelle, multidisziplinäre Forschung an dem Projekt zu erhalten.

„Ich begann, die entsprechende Literatur zu lesen und Simulationen dessen durchzuführen, was möglich war“, sagte Barrufet, Professor und Baker Hughes-Stiftungslehrstuhl am Harold Vance Department of Petroleum Engineering. „Das ist völlig realistisch. Für Anwendungen in Groß-Lkw und Schiffsfahrzeugen wurden bereits mehrere Vorschläge verfasst, umgesetzt wurde jedoch noch nichts. Und wir sind die Ersten, die an einen Pkw-Motor denken.“

Die Auswirkungen könnten enorm sein. Im Jahr 2019 waren weltweit schätzungsweise 1,4 Milliarden Fahrzeuge im Einsatz. Ein durchschnittlicher Personenkraftwagen kann im Betrieb etwa 5 US-Tonnen (ca. 4,6 Tonnen) CO2 pro Jahr ausstoßen, was bedeutet, dass eine erhebliche Menge Treibhausgas in die Umwelt gelangt. Bei der Kraftstoffverbrennung eines Autos entsteht auch eine große Menge Wasser pro Jahr – etwa 5.547 Gallonen (ungefähr 21.000 Liter).

Castell-Perez und Moreira, beide Professoren am Fachbereich Bio- und Agrartechnik, wissen, dass dieses verschwendete CO2 und Wasser sinnvoll genutzt werden könnte, insbesondere in Städten. Jüngste Erweiterungen der städtischen Landwirtschaft in den USA basieren auf industriellen Gewächshäusern, die eine künstlich angereicherte Atmosphäre nutzen, die bis zu dreimal so viel CO2 wie normale Luft enthält, um die Pflanzengesundheit und Ernten zu verbessern. Diese städtischen Bauernhöfe würden stark von einer stetigen Quelle von kostenlosem, aufbereitetem CO2 und Wasser profitieren, da sie derzeit fast 5 Pfund (über 2 kg) CO2 und fast sechs Gallonen (22 Liter) Wasser kaufen und verbrauchen, um etwas mehr als zwei Pfund anzubauen. 1 kg) Obst und Gemüse. Und diese Zahlen beinhalten nicht das Wasser und CO2, das für die Lebensmittelverarbeitung nach der Ernte und die Dichtphasenpasteurisierung benötigt wird.

Die drei Fakultätsmitglieder erläuterten, wie das integrierte Gerät funktionieren könnte. Die Wärme des Motors könnte ein ORC-System (Organic Rankine Cycle) antreiben, im Wesentlichen eine kleine, geschlossene Einheit mit einer Turbine, Wärmetauschern, einem Kondensator und einer Förderpumpe, die wie eine altmodische Dampfmaschine funktioniert, jedoch in viel kleinerem Maßstab und mit Für die Stromerzeugung wird deutlich weniger Wärme benötigt. Der ORC würde die anderen Komponenten mit Strom versorgen, beispielsweise ein Wärmeaustauschsystem, das das CO2-Gas kühlen, komprimieren und in eine Flüssigkeit umwandeln könnte, um eine kompaktere Lagerung zu ermöglichen.

„Vor Jahren hätten wir nicht gedacht, dass wir eine Klimaanlage in einem Auto haben könnten“, sagte Barrufet. „Das ist ein ähnliches Konzept wie die Klimaanlage, die wir jetzt haben. Auf einfache Weise ist es wie dieses Gerät, es passt in enge Räume.“

Vorläufige Simulationen sind ermutigend. Es ist nicht zu erwarten, dass sich die Motorleistung eines Autos wesentlich verringert oder sein Kraftstoffverbrauch steigt. Möglicher Korrosion im Wärmetauschersystem könnte durch den Einsatz neuer Beschichtungsmaterialien entgegengewirkt werden. Theoretisch könnten Fahrzeugbesitzer volle CO2- und Wasserkartuschen in Rücknahmezentren abgeben, so wie man es heutzutage mit Aluminium- und Stahldosen tut. Oder die Fahrer könnten das CO2 und das Wasser sogar in eigenen Gewächshaussystemen oder innerhalb einer Gemeinschaft nutzen, sofern das CO2 verantwortungsvoll genutzt und vollständig von den Pflanzen aufgenommen wird.

Es bleiben jedoch Fragen offen, wie zum Beispiel, wie groß diese Kartuschen sein müssten, wie mit dem Wasser umgegangen würde, da es nicht komprimiert werden kann, und bei welchem ​​Gewicht das gespeicherte CO2 und das Wasser die Leistung des Autos beeinträchtigen würden.

Barrufet, Castell-Perez und Moreira suchen aktiv nach Finanzmitteln, um ihre Arbeit fortzusetzen. Während in nationalen Labors und in der Industrie bereits an der Verbesserung von Geräten für die CO2-Abscheidung im großen Maßstab geforscht wird, gibt es derzeit nichts in einem so kleinen Maßstab, sodass es zehn Jahre dauern könnte, bis etwas zum Testen bereit ist.

Die größte Herausforderung könnte darin bestehen, ein multidisziplinäres Team für die Durchführung der Forschung zusammenzustellen. Die Komponenten für das Gerät existieren bereits in irgendeiner Form, aber es bedarf eines geschlossenen Teams von Ingenieuren verschiedener Fachrichtungen, um sie so umzugestalten, dass sie auf engstem Raum zusammenarbeiten können.

„Alle diese unabhängigen Ideen und Technologien haben keinen Wert, wenn sie nicht miteinander verbunden werden können“, sagte Barrufet. „Wir brauchen Menschen, die sich Sorgen um die Zukunft machen, damit dies bald geschieht, energiegeladene Studenten in den Disziplinen Erdöl, Maschinenbau, Bauwesen, Landwirtschaft und anderen Ingenieurwissenschaften, die Grenzen überschreiten und synchron arbeiten können.“

Dieser Artikel von Nancy Luedke erschien ursprünglich auf der Website des College of Engineering.

David Dunlap '83, nach dem das Dunlap Drill Field im Music Activities Center benannt ist, ist für sein Engagement für seine Alma Mater bekannt.

Ihr neuartiges Überwachungssystem kann das im Untergrund gebundene Kohlendioxid schnell überwachen.

Ein Doktorand der Erdöltechnik der Texas A&M entwickelte einen neuartigen Ansatz zum Verständnis des Stützmitteltransports und der Bruchströmungen.

Die Energieexploration beruht auf der Kenntnis der thermischen Geschichte von Öl- und Gasquellengesteinen, die oft schwer zu bestimmen ist.

Das Stipendium unterstützt herausragende Doktoranden, die einen forschungsbasierten Master- und Doktorgrad in MINT-Fächern anstreben.

Neue Untersuchungen von Texas A&M zeigen, dass Pekannüsse eine Reihe von Gesundheitsproblemen eindämmen können.

Abonnieren Sie den Texas A&M Today-Newsletter, um jede Woche die neuesten Nachrichten und Geschichten zu erhalten.