Znajdź zawartość

W jednym z holenderskich browarów testowana jest właśnie niezwykła instalacja grzewcza, która nie emituje dwutlenku węgla do atmosfery. Wszystko dzięki temu, że zamiast węgla spalane jest w niej... żelazo. Próba podpalenie kawałka żelaza to karkołomne przedsięwzięcie, którego koszty nie są warte potencjalnych zysków. Jednak inaczej ma się sprawa z drobno sproszkowanym żelazem. Ono, po wymieszaniu z powietrzem, jest wysoce palne. Gdy spala się taką mieszaninę, dochodzi do utleniania żelaza. Gdy spalamy węgiel produktem utleniania tego pierwiastka jest szkodliwy dla atmosfery dwutlenek węgla. Gdy zaś spalamy żelazo, produktem utleniania jest Fe203, czyli.. rdza. Bardzo interesującą cechą rdzy jest fakt, że to ciało stałe, które bardzo łatwo odzyskać po procesie spalania. W ten oto sposób spalając drobno sproszkowane żelazo otrzymujemy jedyny odpad – rdzę – który bardzo łatwo się wychwytuje. Gęstość energetyczna żelaza wynosi 11,3 kWh/L czyli jest lepsza niż gęstość energetyczna benzyny. Znacznie gorzej ma się sprawa z energią właściwą. Ta wynosi jedynie 1,4 kWh/kg. To oznacza, że na określoną ilość energii żelazny proszek zajmuje nieco mniej miejsca niż benzyna, ale jest on niemal 10-krotnie cięższy. Sproszkowane żelazo nie przyda się więc do zasilania samochodów czy domów. Jedak może okazać się świetnym rozwiązaniem dla przemysłu. W przypadku wielu procesów przemysłowych energia elektryczna, którą możemy pozyskiwać m.in. z czystych źródeł, nie jest w stanie zapewnić odpowiedniego rodzaju energii cieplnej. Dlatego też naukowcy z Uniwersytetu Technologicznego z Eindhoven od lat pracują nad wykorzystaniem żelaza w roli czystego paliwa. W ubiegłym miesiącu w jednym z browarów uruchomili testową instalację, w której spalane jest sproszkowane żelazo. Powstała w procesie spalania rdza może być ponownie wykorzystywana. Żelazo jest traktowane jak rodzaj akumulatora. Spalanie go rozładowuje, zamieniając żelazo w Fe203. Aby je ponownie załadować należy pozbawić ten związek tlenu, odzyskując żelazo, które można ponownie spalić. Żeby jednak cały proces był bezemisyjny, również odzyskiwanie żelaza powinno takie być. Dlatego też holenderscy naukowcy testują obecnie trzy sposoby na jego odzyskanie. Jeden z nich polega na przetransportowaniu rdzy taśmociągiem do pieca, gdzie w temperaturze 800–1000 stopni dodawany jest wodór. Tlenek żelaza zamienia się w żelazo, wodór zaś łączy z tlenem dając wodę. Minusem tej metody jest ponowne stapiania się sproszkowanego żelaza w jedną warstwę, którą należy zmielić. W drugiej metodzie wykorzystywany jest standardowy reaktor fluidalny. Również dodawany jest wodór, jednak cały proces odbywa się w temperaturze 600 stopni Celsjusza. Dzięki temu żelazo pozostaje w formie sproszkowanej, jednak jego odzyskiwanie trwa dłużej. Trzecia i ostatnia metoda polega na wdmuchiwaniu tlenku żelaza i wodoru do komory reaktora, w której panuje temperatura 1100–1400 stopni. Dzięki wdmuchiwaniu żelazo pozostaje w formie sproszkowanej. To może być najlepsza z trzech wymienionych technologii, jest jednak nowa, więc najpierw trzeba udowodnić, że działa. Oczywiście zarówno do wyprodukowania wodoru czy uzyskania odpowiedniej temperatury w reaktorze/piecu potrzebna jest energia. Jednak może być to energia elektryczna uzyskana z czystych źródeł. Można się zastanowić, dlaczego zamiast żelaza nie spalać po prostu wodoru. Problem w tym, że wodór jest bardzo trudny i niebezpieczny w transporcie. Jego przechowywanie również nie jest łatwe, wymaga wysokich ciśnień i niskich temperatur. Sproszkowane żelazo może być łatwo i długo przechowywane i bardzo łatwo jest je przewozić z olbrzymich ilościach np. koleją. Sproszkowane żelazo może więc w przyszłości zastąpić węgiel w wielu procesach przemysłowych. Będzie to wymagało przerobienia obecnych instalacji do spalania węgla na takie do spalania żelaza. Holenderscy naukowcy badają też, czy sproszkowane żelazo może posłużyć jako paliwo dla masowców, wielkich statków będących dużym źródłem emisji węgla z paliw kopalnych. Profesor Philip de Goey z Uniwersytetu Technologicznego w Eindhoven mówi, że ma nadzieję, iż w ciągu najbliższych 4 lat powstanie pierwsza 10-megawatowa instalacja przemysłowa do spalania sproszkowanego żelaza, a w ciągu 10 lat pierwsza elektrownia węglowa zostanie przerobiona na elektrownię na żelazo.   « powrót do artykułu

Silniki Diesla bardzo zanieczyszczają powietrze. Emitują olbrzymie ilości szkodliwych substancji, takich jak tlenki azotu czy sadza. Afera z fałszowaniem przez Volkswagena danych dotyczących emisji pokazała, że niektóre modele takich silników nawet 40-krotnie przekraczają dopuszczalne normy emisji. Coraz częściej pojawiały się twierdzenia, że ten typ silnika jest zbyt szkodliwy dla ludzkiego zdrowia i dla środowiska, by nadal go stosować. Nie jesteśmy jednak w stanie zrezygnować z diesli w najbliższym czasie. Są one mocne, trwałe, energooszczędne, a przede wszystkim mają wysoką wartość momentu obrotowego, co ma olbrzymie znaczenie przy transporcie dużych ciężarów. To dlatego diesle spotykamy w milionach ciężarówek, pociągów, statków czy maszynach budowlanych i generatorach prądu. Charles Mueller, specjalizujący się w procesach spalania naukowiec z Sandia National Laboratories, uważa, że znalazł sposób na spowodowanie, by silniki Diesla były znacznie bardziej czyste niż obecnie. Swoją technologię nazwał ducted fuel injection (DFI) i przyznaje, że zainspirowały go szkolne palniki Bunsena, gdzie do reakcji dochodzi w dyszy, do której zasysane jest powietrze. W silnikach benzynowych zapłon paliwa powodowany jest przez iskrę. Jednak w silnikach Diesla do zapłonu dochodzi nie z powodu iskry, a wysokiego ciśnienia wytwarzanego w cylindrze. Najpierw miniaturowe krople paliwa wpadają do cylindra z olbrzymią prędkością, mieszają się tam z powietrzem, cylinder wytwarza wysokie ciśnienie i temperaturę, przez co dochodzi do samozapłonu. To proces bardziej wydajny niż w silnikach benzynowych, ale wiąże się on m.in. z emisją toksycznych tlenków azotu. W typowych scenariuszach można minimalizować tę emisję ponownie kierując do silnika gazy ze spalania z poprzedniego cyklu pracy. Metoda ta obniża temperaturę i koncentrację tlenu w mieszaninie paliwowo-powietrznej, co prowadzi do redukcji emisji tlenków azotu. Jednak nie ma róży bez kolców. Niższa temperatura spalania oznacza mniej dokładne spalanie i produkcję większej ilości szkodliwej sadzy. Jeśli z palnika Bunsena odkręcisz dyszę i zapalisz gaz, otrzymasz dymiący pomarańczowy płomień. Zgaś gaz, przykręć dyszę i ponownie zapal gaz. Teraz masz ładny niebieski płomień. Ma on taki kolor, gdyż nie zawiera sadzy, mówi Mueller. Uczony zaczął się zastanawiać, czy takiego rozwiązania nie można zastosować w silnikach i wraz z Christopherem Nilsenem, Drummondem Bilesem oraz Nathanem Harry rozpoczęli eksperymenty z umieszczaniem 4–6 dysz w silniku. Miałyby one działać jako wtryskiwacze paliwa. Uczony zauważa, że obecnie stosowane wtryskiwacze dostarczają do silnika 2–10 razy więcej paliwa niż jest potrzebne do jego całkowitego spalenia. Gdy przy wysokiej temperaturze masz taki nadmiar paliwa, powstaje dużo sadzy. Nasze dysze pozwalają na dwukrotne zmniejszenie ilości sadzy, a nawet na jej całkowite wyeliminowanie, gdyż dostarczana przez nie mieszanka zawiera znacznie mniej paliwa, mówi Mueller. Uczonym z Sandii udało się w ten sposób rozwiązać jednocześnie dwa problemy – eliminują sadzę i pozwalają na stosowanie technik redukcji tlenków azotu bez ryzyka pojawienia się większej ilości sadzy. Teraz, gdy usunęliśmy sadzę, zlikwidowaliśmy problem bilansu sadzy i tlenków azotu. Możemy więc pozbyć się tlenków azotu bez powodowania, że sadza stanie się problemem, cieszy się naukowiec. Mueller mówi, że podczas eksperymentów jego zespół zaobserwował jednoczesną redukcję emisji sadzy i tlenków azotu o wiele rzędów wielkości. To jeszcze nie koniec korzyści. DFI świetnie działa z konwencjonalnym paliwem dla silników Diesla, ale działa jeszcze lepiej z paliwami zawierającymi dodatkowe atomy tlenu. Wiele paliw odnawialnych to paliwa dodatkowo utlenione. Wykorzystanie takich paliw z technologią DFI zmniejszy emisję na tyle, że możliwe będzie zastosowanie tańszych silników, gdyż wymagało to będzie mniej intensywnego oczyszczania spalin. W nowoczesnych ciężarówkach koszt systemu oczyszczania spalin, liczony łącznie jako koszt jego zakupu oraz eksploatacji, to około 12 000 dolarów w czasie całego życia pojazdu. Jeśli obniżymy ten koszt tylko o jakąś część, to – biorąc pod uwagę olbrzymią liczbę ciężarówek i ich znaczenie dla gospodarki – zyskamy olbrzymie oszczędności, wyjaśnia Mueller. Nową technologią już zainteresował się przemysł motoryzacyjny. Jest ona bowiem tania, prosta, a jej zastosowanie nie wymaga wprowadzania znaczących zmian w obecnie stosowanych silnikach. « powrót do artykułu

Wysokie stężenia fruktozy w diecie hamują zdolność wątroby do metabolizowania tłuszczu. Efekt jest specyficzny dla fruktozy; równie wysokie poziomy glukozy poprawiają bowiem spalającą tłuszcz funkcję wątroby. Innymi słowy, naukowcy wykazali, że suplementacja diety wysokotłuszczowej fruktozą i glukozą wywiera rozbieżny (dywergencyjny) wpływ na działanie wątrobowych mitochondriów i utlenianie kwasów tłuszczowych. To jedno z serii badań, jakie przeprowadzamy, rozważając rolę dużych ilości fruktozy w diecie odnośnie do insulinooporności i zespołu metabolicznego. Fruktoza sprawia, że wątroba akumuluje tłuszcz. Działa prawie jak dodatek większej ilości tłuszczu do diety. Mamy do czynienia z odwrotnością wzbogacenia diety glukozą, bo ta wspiera zdolność wątroby do spalania tłuszczu i w ten sposób przyczynia się do zdrowszego metabolizmu - opowiada C. Ronald Kahn z Joslin Diabetes Center. Najważniejszy wniosek z badań jest taki, że duża ilość fruktozy w diecie jest zła. Nie chodzi o większą kaloryczność, ale o wpływ na metabolizm wątrobowy, który sprawia, że tłuszcz jest gorzej spalany. W rezultacie suplementacja diety fruktozą sprawia, że wątroba magazynuje więcej tłuszczu, a to złe zarówno dla wątroby, jak i metabolizmu całego organizmu. Kiedy jednak zamienisz cukier w diecie z fruktozy na glukozę, to choć są one jednakowo kaloryczne, glukoza nie będzie działać w ten sposób. W rzeczywistości [...] ogólny metabolizm będzie nieco lepszy niż w przypadku czystej diety wysokotłuszczowej. W ramach ostatniego studium chcieliśmy ustalić na mechanistycznym poziomie, czemu się tak dzieje - dodaje Kahn. Podczas eksperymentów na zwierzętach zespół z Joslin Diabetes Center porównywał wpływ metaboliczny 6 diet: zwykłej paszy, paszy z wysoką zawartością fruktozy, paszy z wysoką zawartością glukozy, diety wysokotłuszczowej, diety wysokotłuszczowej z dużą zawartością fruktozy i diety wysokotłuszczowej z dużą ilością glukozy. Autorzy raportu z pisma Cell Metabolism analizowali znane markery stłuszczenia wątroby. Przyglądali się np. poziomom acylkarnityny w hepatocytach (powstaje ona, gdy wątroba spala tłuszcze). Okazało się, że poziom acylkarnityny był najwyższy u zwierząt na wysokofruktozowej diecie wysokotłuszczowej. W przypadku diety wysokotłuszczowej z dużą zawartością glukozy był zaś niższy niż przy czystej diecie wysokotłuszczowej, co sugeruje, że glukoza wspiera spalanie tłuszczu. Amerykanie analizowali też aktywność CPT1a, acylotransferazy karnitynowej 1a, która jest kluczowym enzymem odpowiedzialnym za transport kwasów tłuszczowych do mitochondriów, gdzie ulegają one utlenianiu. W przypadku CPT1a im wyższy poziom, tym lepiej, bo to oznacza, że mitochondria poprawnie spełniają swoje zadanie i spalają tłuszcz. Niestety, naukowcy stwierdzili, że w przypadku diety wysokotłuszczowej suplementowanej fruktozą stężenia enzymu są niskie, a jego aktywność bardzo niska. Na końcu zespół zajął się samymi mitochondriami. Gdy są one zdrowe, mają m.in. charakterystyczny owalny kształt. "W diecie wysokotłuszczowej z fruktozą były jednak pofragmentowane i nie potrafiły tak dobrze spalać tłuszczu, jak zdrowe organelle. W diecie wysokotłuszczowej z glukozą mitochondria wyglądały bardziej prawidłowo; spalały normalnie tłuszcz". Uzyskane wyniki i monitorowane markery pokazały, że diety wysokotłuszczowa i wysokotłuszczowa z dodatkiem fruktozy uszkadzają mitochondria i sprawiają, że wątroba raczej syntetyzuje i magazynuje tłuszcz niż go spala. Ekipa Kahna przypuszcza, że opracowanie leku, który blokuje metabolizm fruktozy, mogłoby zapobiec negatywnym oddziaływaniom tego cukru i rozwojowi stłuszczeniowej choroby wątroby. « powrót do artykułu

Odpadowe olejki eteryczne można mieszać z dieslem. Mieszanka zapewnia podobne osiągi jak czyste paliwo, a jednocześnie pozwala ograniczyć emisję niektórych zanieczyszczeń. Ashrafur Rahman z Uniwersytetu Technicznologicznego Queensland testował wpływ olejków pomarańczowego, eukaliptusowego i herbacianego na osiągi silnika i emisję zanieczyszczeń (właściwości spalania). W mieszance olejki stanowiły 10%, a diesel 90%. Testy prowadzono na 6-cylindrowym silniku o pojemności 5,9 l. Ponieważ [w sektorze medycznym] mogą być wykorzystane tylko olejki klasy terapeutycznej, pozostają spore objętości niskiej jakości olejków odpadowych. Obecnie są one [po prostu] składowane i czekają na wykorzystanie. Nasze testy pokazały, że mieszanki zapewniają niemal taką samą moc, jak czysty diesel. Następuje tylko nieznaczny wzrost spalania. Groźne dla ludzkiego zdrowia zanieczyszczenia pyłowe były niższe niż w przypadku czystego diesla, lecz emisja tlenku azotu, prekursora smogu fotochemicznego, okazała się nieco wyższa. Rahman dodaje, że najpierw mieszanka olejków z dieslem znajdzie zapewne zastosowanie na farmach, głównie w pojazdach wykorzystywanych przez producentów olejków. Po ulepszeniu kluczowych właściwości, olejki eteryczne będą mogły [jednak] trafić do wszystkich pojazdów z silnikami Diesla. « powrót do artykułu