موضوع مقاله: سوخت کربن‌خنثی | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # سوخت کربن‌خنثی | مقدمه: سوخت کربن‌خنثی سوختی است که هیچ‌گونه انتشار گازهای گلخانه‌ای خالص یا ردپای کربن تولید نمی‌کند. | ## بخش 1: سوخت کربن‌خنثی | در عمل، این معمولاً به معنای سوخت‌هایی است که با استفاده از دی‌اکسید کربن (CO2) به عنوان مادهٔ اولیه تولید می‌شوند. سوخت‌های پیشنهادی بدون کربن را می‌توان به‌طور کلی به سوخت‌های مصنوعی، که با هیدروژنه کردن شیمیایی دی‌اکسید کربن ساخته می‌شوند، و زیست‌سوخت‌ها، که با استفاده از فرآیندهای مصرف‌کننده CO2 طبیعی مانند فتوسنتز تولید می‌شوند، دسته‌بندی کرد. آن‌ها می‌تواند در واکنش‌های شیمیایی بین کربن دی‌اکسید تولید شود، که می‌تواند از نیروگاه یا هوا و هیدروژن به‌دام بیفتد است که توسط الکترولیز آب و با استفاده از انرژی‌های تجدید پذیر ایجاد می‌شود. این قبیل سوخت‌ها اغلب به عنوان سوخت‌های الکتریکی اطلاق می‌شود که انرژی استفاده شده در تولید هیدروژن را ذخیره می‌کند. زغال‌سنگ همچنین برای تولید هیدروژن هم استفاده می‌شود اما این می‌تواند یک منبع کربن خنثی نباشد. کربن دی‌اکسید می‌تواند به منظور تولید سوخت فسیلی کربن خنثی بدام انداخته شود یا دفن شود هرچند تجدید پذیر ناست. دیگر هیدروکربن‌ها می‌توان برای تولید هیدروژن و دی‌اکسید کربن شکسته شود که پس از آن می‌تواند در حالی که هیدروژن برای انرژی یا سوخت استفاده می‌شود، ذخیره می‌شود که این هم می‌تواند یک سوخت کربنی خنثی باشد. بیشترین سوخت انرژی کارآمد برای تولید متانول است، که از واکنش شیمیایی یک اتم کربن دی‌اکسید و سه اتم هیدروژن برای تولید متانول و آب ایجاد می‌شود. انرژی ذخیره شده را می‌توان با سوزاندن متانول در یک موتور احتراق با آزاد کردن کربن دی‌اکسید، آب و گرما، بازیافت کرد. از انرژی بیشتر می‌توان برای ترکیب متانول یا متان به مولکول‌های سوخت هیدروکربنی بزرگتر استفاده می‌شود. این سوخت می‌تواند به عنوان یک جایگزین مناسب برای سوخت دیزل به دلیل توانایی احتراق خود به خود تحت آتش فشار و دمای بالا استفاده شود. در حال حاضر در برخی از مناطق برای گرمایش و تولید انرژی مورد استفاده قرار می‌گیرد. همه هیدروکربن مصنوعی به‌طور کلی در دمای ۲۰۰–۳۰۰ درجه سانتی گراد، و در فشار ۲۰ تا ۵۰ بار تولید می‌شوند. کاتالیزورها معمولاً برای بهبود بهره‌وری از واکنش و ایجاد نوع مورد نظر را از سوخت هیدروکربنی. چنین واکنش‌هایی گرمازایی دارند و از حدود ۳ مول هیدروژن در هر مول از دی‌اکسید کربن درگیر در واکنش استفاده می‌کند. ضبط گاز خروجی خودرو نیز به عنوان مقرون به صرفه دیده می‌شود اما نیاز به طراحی گسترده تغییرات یا مقاوم‌سازی دارد. | ## بخش 2: سوخت کربن‌خنثی | از آنجا که کربن اسید در آب دریا در تعادل شیمیایی با کربن دی‌اکسید موجود در جو است استخراج کربن از آب دریا مورد مطالعه قرار گرفته‌است. جذب کربن از هوای محیط پر هزینه‌تر است، بین ۶۰۰ $ و ۱۰۰۰ $ در هر تن است و برای سنتز سوخت یا ترسیب کربن غیر عملی در نظر گرفته می‌شود. پیشنهادها برای این روش شامل استفاده از یک ماده شیمیایی سوزاننده برای واکنش با دی‌اکسید کربن در هوا برای تولید کربنات است. پس از آن می‌تواند شکسته شود و آب کافی داده شود تا گاز CO2 خالص را آزاد کرده و مواد شیمیایی سوزاننده بازسازی کند. محققان همچنین استفاده از زیست توده را به عنوان یک منبع کربن برای تولید سوخت پیشنهاد کرده‌اند. این روش استفاده مزیت استفاده از ماده گیاهی برای ارزان گرفتن دی‌اکسید کربن را دار است. گیاهان نیز مقداری از انرژی شیمیایی حاصل از مولکول‌های زیستی را به سوخت اضافه می‌کنند. این ممکن است یک استفاده کارآمد تر از زیست توده نسبت به سوخت‌های زیستی متداول باشد به دلیل آنکه از کربن و انرژی مواد شیمیایی بسیاری از زیست توده به جای آزاد کردن به اندازه انرژی و کربن استفاده می‌کند. نقطه ضعف اصلی این روش، همانند تولید اتانول معمولی، آن است که با تولید مواد غذایی رقابت می‌کند. انرژی‌های تجدید پذیر و هزینه انرژی هسته‌ای قدرت باد در شب مقرون به صرفه‌ترین شکل از قدرت الکتریکی که برای سنتز سوخت، در نظر گرفته شده‌است. به این دلیل که منحنی بار برای برق به شدت در طول گرم‌ترین ساعت روز اوج می‌گیرد، اما احتمال وزش ملایم باد در شب نسبت به ساعات روز بیشتر است؛ بنابراین، قیمت نیروی باد در شب اغلب بسیار کم هزینه تر از هر جایگزین دیگریست. قیمت خارج از اوج قدرت باد در مناطق نفوذ باد بالا در ایالات متحده به‌طور متوسط ۱٫۶۴ سنت در هر کیلووات ساعت در سال ۲۰۰۹، بوده‌است. اما تنها ۰٫۷۱ سنت / کیلووات ساعت در طول حداقل هزینه شش ساعت از روز به‌طور معمول، هزینه‌های برق عمده فروشی ۲ تا ۵ سنت / کیلووات ساعت در طول روز. شرکت‌های سنتز سوخت تجاری نشان می‌دهد آن‌ها می‌توانند بنزین کمتر از سوخت‌های نفتی تولید کنند زمانی که هزینه نفت بیش از ۵۵ دلار در هر بشکه برسد. نیروی دریایی ایالات متحده تخمین می‌زند که ۱۰۰ مگاوات برق می‌توانید ۴۱٬۰۰۰ گالن سوخت جت در هر روز تولید کند و تولید دریایی از انرژی هسته‌ای هزینه حدود ۶ دلار در هر گالن است. انتظار می‌رود که بسیار کمتر از قیمت بازار در کمتر از پنج سال باشد اگر روند اخیر ادامه داشته باشد. | ## بخش 3: سوخت کربن‌خنثی | علاوه بر این، از آنجا که تحویل سوخت به گروه نبرد حامل حدود ۸ دلار در هر گالن هزینه دارد، تولید دریایی در حال حاضر بسیار کمتر هزینه‌تر است. اصلاح گازهای گلخانه‌ای سوخت کربن خنثی ممکن است به اصلاح گاز گلخانه‌ای منجر شود چرا که گاز دی‌اکسید کربن می‌تواند برای تولید سوخت به جای این که به اتمسفر آزاد شود، مورد استفاده مجدد قرار بگیرد. ضبط کربن دی‌اکسید در انتشار دود از نیروگاه‌های انرژی می‌تواند کاهش نشر گازهای گلخانه‌ای را به‌دنبال داشته باشد. هرچند مصرف سوخت در خودروها همان کربن را آزاد می‌کند چرا که هیچ روش مقرون به صرفه‌ای برای ضبط چنین نشری وجود ندارد. پیش‌بینی شده‌است بیشتر نیروگاه‌های زغال‌سنگ و گاز طبیعی با اسکرابرهای کربن دی‌اکسید در ضبط کربن به منظور بازیافت دودهای خارج شده یا به منظور ترسیب کربن به لحاظ اقتصادی بهبود می‌یابند. درچنین بازیافتی نه تنها انتظار می‌رود هزینهٔ کمتری نسبت به اثرات اقتصادی ناشی از تغییرات آب و هوایی اگر آن را انجام نداده بودند، در بر داشته باشد بلکه همزمان با رشد تقاضای سوخت جهانی هزینه خودش را جبران کرده و کمبودهای اوج نفت افزایش قیمت نفت و گاز طبیعی قابل مبادله را بدنبال دارد. گرفتن کربن دی‌اکسید به‌طور مستقیم از هوا یا استخراج کربن اسید از آب دریا نیز مقدار دی‌اکسید کربن در محیط زیست را کاهش می‌دهد و یک چرخه بسته از کربن برای از بین بردن نشر دی‌اکسید کربن جدید ایجاد می‌کند. استفاده از این روش‌ها را نیاز به سوخت‌های فسیلی به‌طور کامل حذف می‌کند، با فرض این که به اندازه کافی انرژی تجدید پذیر می‌تواند برای تولید سوخت ایجاد شود. استفاده از هیدروکربن‌های مصنوعی برای تولید مواد مصنوعی مانند پلاستیک می‌تواند منجر به جداسازی دائمی کربن از جو شود. سوخت‌های سنتی یا متانول برخی از مقامات تولید متانول به جای سوخت‌های حمل و نقل سنتی را توصیه کرده‌اند. متانول سطح اکتان بالاتری نسبت به بنزین دارد اما چگالی انرژی پایین‌تر دارد و می‌تواند با سوخت‌های دیگر مخلوط شده یا به تنهایی استفاده شود. سلول‌های سوختی مستقیم متانول توسط آزمایشگاه رانش جت کلتک برای تبدیل متانول و اکسیژن به برق بهبود یافت می‌یابد. ممکن است متانول تبدیل به بنزین، سوخت جت یا هیدروکربن‌های دیگر شود، اما نیاز به انرژی اضافی و امکانات تولیدی پیچیده‌تر دارد. گزارش ۱۹۶۵ سنتز متانول از دی‌اکسید کربن در هوا با استفاده از انرژی هسته‌ای به عنوان انبار سوخت سیار پیشنهاد داده‌ است. تولید کشتی با استفاده از سوخت مصنوعی انرژی هسته‌ای در سال ۱۹۷۷ و ۱۹۹۵ مورد مطالعه قرار گرفت. | ## جمع‌بندی | گزارش سال ۱۹۹۵ تبدیل ناوگان خودرو برای استفاده از کربن خنثی متانول با سنتز بیشتر بنزین را مقایسه کرد.