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汽车尾气可以被捕获并用于种植庄稼吗?

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58京牌 如果汽车排气系统中产生的水和二氧化碳(CO2)都能被捕获,并用于生产粮食,那会怎么样呢?对这两种废弃产品进行再利用,或将改变游戏规则,减少道路交通碳足迹,助力农业养活不断增长的人口。

(图片来源:tamu)

,得州农工大学(Texas A&M)的三名教职员工Maria Barrufet、Elena Castell-Perez和Rosana Moreira撰写了一份白皮书,以报告其初步分析,并希望获得对该项目进行正式多学科研究所需的资金。Barrufet教授表示:“我开始阅读相关文献,并对可能发生的情况进行模拟。这是完全现实可行的。有人已经针对大型卡车和海上运输应用撰写了若干提议,但还没有付诸实施。我们是第一个想到乘用车发动机的人。”

这可能产生巨大的影响。2019年,全球的车辆使用数量估计为14亿辆。一辆普通的乘用车在运行时产生的CO2,每年可达到4.6吨。这意味着有大量温室气体被排入环境中。在一辆汽车中,燃料燃烧也会产生大量的水,每年大约21000升。

作为生物和农业工程系的教授,Castell-Perez和Moreira十分清楚,这些废弃的CO2和水可以得到很好的利用,尤其是在城市里。最近,美国城市农业依靠工业温室进行扩张,使用人工浓缩大气来改善植物的健康状况和收成,其中CO2含量高达正常空气中的三倍。这些城市农场将极大地受益于稳定、免费、可回收的CO2和水资源。目前,为了种植略高于1公斤的农产品,他们需要购买和使用超过2公斤的CO2和接近22升的水。在这些数字中,还不包括收获后的食品加工和高密度巴氏杀菌(dense-phase pasteurization)所需的水和CO2 。

三名教职员工概述了该集成设备的工作原理。通过发动机产生的热量,驱动有机朗肯循环(ORC)系统。该系统本质上是一个小型、封闭的单元,包含涡轮机、热交换器、冷凝器和给水泵。其工作原理类似于老式蒸汽机,但规模要小得多,发电所需的热量也少得多。ORC将为其他部件提供动力,如热交换系统,该系统可以冷却、压缩并将CO2气体转化为液体,以便更加密集地进行存储。Barrufet表示:“几年前,我们认为汽车里无法安装空调。这与我们现时的空调概念相仿,简单地说,就像那个装置一样,可以装在狭小的空间里。”

初步模拟结果令人鼓舞。预计汽车发动机的功率不会显著降低,燃耗也不会增加。该热交换系统中潜在的腐蚀危害,可以通过使用新的涂层材料来解决。理论上来说,车主可以在回收中心上交满满的CO2和水罐,就像今天的人们带着铝和钢罐一样。驾驶员甚至可以在自己的温室系统中使用这些CO2和水,或在社区内使用,前提是这些CO2 被负责任地用于植物,并被完全吸收。

然而,问题仍然存在,比如这些罐体需要多大;无法压缩的水将如何处理;以及储存CO2 和水的重量对汽车性能的影响。目前,研究人员正在积极寻求资金以继续进行工作。虽然国家实验室和工业部门已经在探讨,如何改进大规模二氧化碳捕获设备,但目前还没有这么小规模的设备。这可能需要10年的时间,才能准备好进行测试。

最大的挑战可能在于,如何组建一个多学科团队来进行研究。该设备的组件已经以某种形式存在,但需要由不同专业的工程师组成的团队重新进行设计,使其可以在狭窄的空间内协同工作。Barrufet表示:“如果不能结合起来,这些独立的想法就没有价值。为了实现这一目标,要鼓励石油、机械、民用、农业和其他工程学科的学生跨界协同工作。”

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