e-mail: dobieslaw.nazimek@up.lublin.pl Historia naturalna pewnego Uniwersum i Homo Sapiens Sapiens ROZWÓJ I PRZYSZŁOŚĆ CZŁOWIEKA Dobiesław Nazimek e-mail: dobieslaw.nazimek@up.lublin.pl Katedra Energetyki i Pojazdów, Wydział Inżynierii Produkcji, Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie, 20-950 Lublin, ul. Akademicka 13

Czy musiało powstać życie? Na początku był świat RNA... Taka prosta reakcja..... H2O + hν → H2 + 1/2O2 Na początku był świat RNA...

Cjanobakteria ... sprzed 3.6 mld lat

Model zmian stężenia tlenu w atmosferze

Ile mamy stabilnych klimatów?

Zmiany temperatury...

Co podlega ewolucji? Materia – pierwiastki tworzą się po dziś dzień we wnętrzu gwiazd i zmieniają skład materii międzygwiezdnej. Uniwersum – zmienia swój zasięg, tworzą się nowe układy planetarne i nowe galaktyki. Środowisko przyrodnicze na Ziemi i innych planetach. Życie biologiczne – klasyczny przykład ewolucji. Technologie ?

Jakich zmian oczekujemy? Zmiany środowiska, w tym klimatu. Zmiany w rodzajach źródeł energii. Zmiany w wielkości populacji. Zmiany w genotypie człowieka.

Świat dzisiaj

Za 50 mln lat...

Za 150 mln lat....

Za 250 mln lat....

Stąd pochodzimy?

Modele ewolucji Homo sapiens sapiens

Dwa gatunki ludzkie ?

Pierwsza żywa technologia.... Dlaczego my? Pierwsza żywa technologia....

Nauka – możliwości rozwoju i zagrożenia cywilizacyjne

Nauka – możliwości rozwoju i zagrożenia cywilizacyjne

Nauka – możliwości rozwoju i zagrożenia cywilizacyjne

Nauka – możliwości rozwoju i zagrożenia cywilizacyjne

Powody poszukiwań technologii

Powody poszukiwań technologii

Powody poszukiwań technologii

Powody poszukiwań technologii

Nauka – możliwości rozwoju i zagrożenia cywilizacyjne Co 3,6 sekundy ktoś umiera z głodu. Ok. 815 milionów ludzi w świecie cierpi głód i niedożywienie. Tylko w 32 z 99 badanych przez FAO krajów rozwijających się zanotowano w minionych 10 latach spadek ilości niedożywionych. W Chinach ich ilość spadała o 76 milionów, ale w Kongo proporcja wzrosła z 35% w latach 1990-92 do 64% w latach 1997-99. W ośmiu krajach zachodnioafrykańskich, w tym w Burkina Faso, jednym z najbiedniejszych krajów na świecie, liczba chronicznie głodujących zmniejszyła się znacząco w latach 1980-1996. Ale w Afryce centralnej, wschodniej i południowej liczba głodujących rosła. 1/12 ludzi na świecie choruje z niedożywienia, w tym 160 milionów dzieci poniżej piątego roku życia (FAO). Według Światowej Organizacji Zdrowia (WHO) 1/3 ludności świata jest dobrze odżywiona, 1/3 jest niedożywiona, a 1/3 głoduje. Na subkontynencie indyjskim żyje blisko połowa głodujących ludzi na świecie. W Afryce i pozostałej części Azji łącznie - ok. 40%. Reszta głodujących żyje w Ameryce Łacińskiej i innych częściach świata (Hunger in a Global Economy). 3 miliardy ludzie na świecie usiłuje przeżyć za 2 dolary dziennie. Blisko 1/4 ludzi - 1,3 miliarda - żyje za mniej niż 1 dolar dziennie. Tymczasem aktywa 358 miliarderów przewyższają łączne dochody roczne krajów, które zamieszkuje 45% ludności świata. Suma aktywów trzech najbogatszych ludzi świata jest większa, niż łączny PKB wszystkich krajów najmniej rozwiniętych. Aby pokryć niezaspokojone potrzeby świata w zakresie higieny i żywności, wystarczy 13 miliardów dolarów - tyle, ile ludzie w USA i Unii Europejskiej wydają co roku na perfumy.

Co sugerują memy? Zmiana źródeł energii, optymalizacja i oszczędność, kierunek – kosmos.

„Nic nie jest skończone dopóki się nie skończy” Energia chemiczna → energia cieplna → energia mechaniczna → energia elektryczna

Nowy paradygmat przesyłu ciepła

Ogniwa paliwowe

A to nowy sposób produkcji energii elektrycznej....

Elektrownia na ogniwa paliwowe w Santa Clara - California

Wykorzystać wiatr....

Elektrownia słoneczna na orbicie

Elektrownia geotermiczna

Energetyka jądrowa...

Energetyka termojądrowa...

Paliwa zastępcze

Znane możliwości produkcji syntetycznych węglowodorów Węglowodory syntetyczne wytwarzana na bazie reakcji F-T (surowiec – węgiel, gaz ziemny). Węglowodory syntetyczne wytwarzana na bazie biokomponentów (biopaliwa, proces ETG). Węglowodory syntetyczne wytwarzana na bazie metanolu - proces MTG (surowiec – gaz ziemny, metanol z procesów MTM oraz AP).

Proces Fischera - Tropscha Wytwarzanie paliw silnikowych metodą Fischera-Tropscha z gazu, zawierającego mieszaninę tlenku węgla i wodoru na katalizatorach kobaltowych oraz żelazowych przebiega według reakcji: (2n + 1)H2 + nCO = CnH2n+2 + n H2O oraz 2nH2 + n CO = CnH2n+ nH2O a także na katalizatorach kobaltowych: (n + 1)H2 + 2nCO = CnH2n+2 + nCO2 nH2 + 2nCO = CnH2n + nCO2 Otrzymana mieszanina węglowodorów jest poddawana destylacji oraz przetwarzana do gazu płynnego, benzyn, paliwa odrzutowego, oleju napędowego oraz parafin.

Proces Fischera - Tropscha - koszty Koszta inwestycyjne budowy fabryki syntezy Fischera-Tropscha na bazie gazu ziemnego o mocy 50 tys. baryłek/dobę: 1. Tlenownia 120 mln USD 2. Wytwarzanie i oczyszczanie gazu syntezowego 300 mln USD 3. Fischera-Tropscha – reaktor + katalizator + osprzęt 220 mln USD 4. Rozdział półproduktów 180 mln USD 5. Jednostki energetyczne oraz urządzenia pomocnicze 360 mln USD 6. Opłaty licencyjne i projektowe 75 mln USD 7. Pierwszy wkład katalizatorów i chemikaliów 60 mln USD 8. Rozruch fabryki 40 mln USD 9. Wydatki nieprzewidziane, (15% od całości nakładów) 225 mln USD 10. Razem 1 690 mln USD

Biopaliwa – proces A. Lisieckiego Brak odpadu – gliceryny – wartość opalowa paliwa ok. 50 MJ/kg

Biopaliwa – proces A. Lisieckiego

Biopaliwa – proces ETG (ethanol to gasoline)

Koszty procesu ETG (dane dla Polski)

Proces MTG (methanol to gasoline) W klasycznej metodzie MOBIL, zwanej procesem MTG (methanol to gasoline) benzynę wytwarza się via syntezę metanolu. Tak wytworzona benzyna odpowiada normie eurosuper E-95. Reakcję syntezy mieszaniny węglowodorów stanowiących benzynę syntetyczną można zapisać ogólnym równaniem: nCH3OH = CnHn+x + nH2O

Proces MTG (methanol to gasoline) Nowa Zelandia

Proces MTG (methanol to gasoline) Nowa Zelandia

Otrzymywanie metanolu Przemysłowy proces otrzymywania metanolu bazuje na następujących podstawowych reakcjach: 1. CH4 + CO2 = 2CO + 2H2 + Q (ΔH = + 247 kJ/mol) lub 2. CH4 + H2O = CO + 3H2 + Q (ΔH = + 206 kJ/mol) Obie reakcje, zarówno „suchego” jak „mokrego” reformingu metanu stanowią etap przygotowania gazu do syntezy. Obie reakcje są silnie endotermiczne i przebiegają w wysokich temperaturach, rzędu 800 – 900oC pod ciśnieniem rzędu 30 ata. Reakcja syntezy: 3. CO + 2H2 = CH3OH + Q jest egzotermiczna a jej ΔH = - 90,73 kJ/mol Tak więc, instalacja syntezy składa się z dwu podstawowych elementów – przygotowania gazu do syntezy, oraz bloku syntezy. Już nawet bez szczegółowej analizy ekonomiczno – technologicznej uwidacznia się zaleta bezpośredniej syntezy metanolu z metanu. Znika bowiem proces przygotowania gazu do syntezy (silnie endotermiczny) co upraszcza samą instalację jak też zmniejsza wydatek energetyczny. Reakcję bezpośredniej syntezy można zapisać następująco: 4. CH4 + 0.5O2 = CH3OH + Q Reakcja jest silnie egzotermiczna a jej ΔH wynosi –126,406 kJ/mol. Formalnie reakcję tę można zapisać dwuetapowo: CH4 + 0.5O2 = CO + 2H2 Q1 CO + 2H2 = CH3OH + Q2 Q = Q1 + Q2

Proces MTM (methane to methanol) Methane to methanol to gasoline for $2.85 a gallon, including a healthy $1.45 margin? That is what is being claimed for a combined "Gigamethanol" and MTG (methanol to gasoline) plant proposed for Alaska. Converting all the North Slope gas to gasoline could produce almost 500,000 barrels per day. Instytut Maxa Planca – metoda bromowa

Podsumowanie dla procesu MTM w Polsce Opanowanie procesu MTM (methane to methanol) daje możliwość w zasadzie dowolnej wielkości produkcji tanich paliw silnikowych bazując na procesie MTG. Zagospodarowanie tylko 11 mln ton metanu daje mozliwośc wyprodukowania ok. 28 mln ton metanolu. Fazą końcową jest wdrożenie technologii MTG (methanol to gasoline) i wyprodukowanie ok. 17 mln ton syntetycznych węglowodorów. W Polsce zużywamy rocznie ok. 21,1 mln (18 mln ton?) ton benzyny I ON.....

2CO2 + 4H2O → 2CH3OH + 3O2 Stała równowagi procesu Kp to: Proces AP (artificial photosynthesis) prowadzący do metanolu 2CO2 + 4H2O → 2CH3OH + 3O2 Proces jest silnie endotermiczny Stała równowagi procesu Kp to: Kp = [CH3OH]2*[O2]3/[CO2]2*[H2O]4 Ale... O2 słabo rozpuszcza się w wodzie, więc proces jest termodynamicznie nierównowagowy ...

Instalacja do procesu AP

Instalacja do procesu AP Fotoreaktor

Katalizator – klucz do procesu AP

Energia dla procesu AP w Polsce Poza źródłami typu OZE oraz niekonwencjonalnymi źródłami energii, tejże energii może dostarczać reakcja bezpośredniej syntezy metanolu z metanu, którą można zapisać następująco: CH4 + 0.5O2 = CH3OH + Q Reakcja jest silnie egzotermiczna a jej ΔH wynosi –126,406 kJ/mol.

Podsumowanie dla MTM oraz AP sprzężonych z MTG 1. Opanowanie procesu MTM (methane to methanol) daje realną ilosć energii koniecznej do procesu sztucznej fotosyntezy CO2 a poprzez to daje możliwość produkcji, w zasadzie dowolnej wielkości, tanich paliw silnikowych bazując na procesie MTG. 2. W Polsce emisja CO2 ze źródel stacjonarnych to ok. 200 mln ton na rok. Zagospodarowanie tylko 10% tej emisji daje mozliwośc wyprodukowania ok. 14,5 mln ton metanolu. 3. Fazą końcową powinno być wdrożenie technologii MTG i wyprodukowanie ok. 8 mln ton syntetycznych węglowodorów. 4. Aby w Polsce proces był energetycznie opłacalny i tani należy poddać reakcji MTM 25,8 mln ton CH4 co daje możliwość wyprodukowania 51,6 mln ton metanolu a po syntezie w procesie MTG otrzymamy ok. 28,6 mln ton syntetycznych węglowodorów oraz ok. 20% nadmiar energii ..... 5. W Polsce zużywamy rocznie ok. 18 mln ton (21,1 mln ton?) benzyny i ON..... Możemy więc eksportować ponad 18 mln ton benzyny i ON rocznie....

Ciemne strony technologii..... 1. Możliwość wystąpienia konkurencji surowcowej pomiędzy rynkiem paliw a rynkiem żywnościowym. 2. Możliwość wystąpienia spowolnienia zmian w sektorze motoryzacyjnym w kierunku eliminacji silników spalinowych. 3. Możliwość wystąpienia wzrostu zanieczyszczenia środowiska przyrodniczego poprzez metanol i jego pochodne. 4. W przypadku Polski konieczność eksploatacji złóż gazu pochodzącego z łupków aby uruchomić technologię MTM oraz AP a następnie technologię MTG. 5. Rozpowszechnienie wspomnianych technologii może spowodować swoiste spowolnienie rozwoju technologii w pełni alternatywnych do procesów spalania.

Wybrane doniesienia naukowe stanowiące podstawę prezentowanych technologii

Czekając na pytania...

Dziękuję za uwagę