Чи може реакція Sabatier живити транспортний засіб?

Реакція Сабатьє перетворює CO ₂ в метан. Чи може транспортний засіб, який спалює метан, відновити його (хоча б якусь частину) з вихлопних газів за допомогою реакції Сабатьє? Мені цікаво знати, як це було б реалізовано, і чи був такий транспортний засіб коли-небудь побудований чи прототипований.

— слоупіок
джерело

Намалюйте pfd передбачуваного двигуна, а потім самі задайте своє запитання.

— март

Відповіді:

За даними Вікіпедії:

$C O_{2} + 4 H_{2} \to C H_{4} + H_{2} O + Energy$ $CO_2 + 4H_2 \rightarrow CH_4 + H_2O + \text{Energy}$

$CH_4$

Порівняння зі звичайним двигуном внутрішнього згоряння автомобіля, що працює на метані:

Водень у атмосферному повітрі недоступний в тій мірі, яка могла б забезпечити стійку реакцію Sabatier (це не кисень), тобто вам потрібен окремий резервуар з воднем разом з вашим двигуном (не кажучи вже про вибухову природу Гідрогену).
Для попереднього нагрівання реагентів до 300–400 ° C потрібна зовнішня система нагріву, якщо це зроблено з використанням вуглеводневого палива, знадобиться додаткова камера згоряння та теплообмінник.
Більш високе значення нагріву метану = 889 кДж / моль і ПГВ водню = 286 кДж / моль (Вікіпедія), тому теоретично кажучи, реакція Сабатьє забезпечить вам 1 Моль СН4, має значення нагріву 889 кДж, подаючи в реактор 4 Молі H2, яка мала значення нагріву 4 * 286 = 1144 кДж !!
Отриманий метан і вода мають співвідношення 1: 1, введення цієї суміші з цією кількістю води в камеру згоряння дасть вам ДУЖЕ низьку ефективність процесу згоряння, тому, природно, вам потрібен механізм розділення, щоб знизити вміст води перед можливістю введення камера згоряння.

Так хтось досліджував / будував транспортний засіб, який спалює метан, і він відновлює його (принаймні якусь частину) з вихлопних газів за допомогою реакції Сабатьє?

Я справді не маю уявлення, але з попередніх пунктів я не вважаю це взагалі можливим, як звичайний двигун внутрішнього згоряння, що працює на метані.

— Алго
джерело

1) водень виділяється не з повітря, а від спалювання вуглеводнів (величезна кількість Н2 в них) та / або електролізу Н2О (якщо це необхідно). 2) нагрівання 300-400С дуже легко досягти, оскільки вихлопні гази зазвичай 1000С. 3) Я не розумію, що ви тут маєте на увазі, немає жодного наукового терміна «ціна нагріву», про який я знаю. 4) звичайно, метан буде виділений від води (не дуже важкий процес)

— sloupioc

@sloupioc (1) Водень від спалювання ?? (2) Чи маєте ви якесь уявлення про розмір цього "легкодосяжного" обігрівача? (3) Google це? (4) Все у вашому двигуні не "важке" та придатне для виконання - питання "чи воно того варте?".

— Алго

@sloupioc Що стосується пункту 3, значення нагрівання - це ще один термін для тепла згоряння .

— Кріс Мюллер

@sloupioc (1) Це зовсім інший реактор зараз (і це не горіння), і знову ж таки, чому видобувати водень з природного газу, а не використовувати його як паливо вже :-))? (2) Вихлопні гази є гарячими, але резервуар для водню - це не те, чому вам потрібен нагрівач (4) Впевнений, це здається цікавим проектом для розробки, так чи інакше, я взагалі не вважаю це ефективною системою :))

— Algo

@sloupioc Semin et al. 2008 дають температуру вихлопу для ДВС-ВГТ 750K. Ви боретеся проти законів термодинаміки.

— EnergyNumbers

Алго дав тобі добру відповідь про деталі. Існує набагато ширший, більш застосовний вид відповіді.

Перетворення будь-якої форми енергії на тепло призводить до величезної неефективності. Це найнижча якість енергії. Тож якщо ви хочете взагалі виконати якусь роботу з цією енергією, найкраще це зробити, перш ніж вона перетвориться на тепло, коли це можливо.

Коли це буде у формі тепла, то якість енергії (яку ми називаємо її напругою , тобто здатністю виконувати роботу) залежить від різниці між її температурою та температурою холодного резервуара, який ви використовуєте як свій радіатор. Це зазвичай, але не завжди температура навколишнього середовища. Якщо ви хочете виконати будь-яку роботу з цим теплом, тоді ви робите це, коли різниця температур найбільша, і коли температура холодної ємності найнижча.

Таким чином, ви б не перейшли від теплової до хімічної до кінетичної.

Щоразу, коли ви робите перетворення енергії, ви втрачаєте певну здатність до роботи - тобто ви втрачаєте певну напругу. Виконуючи конверсію тепла, ви втрачаєте багато напруги. Тож процеси в зворотному напрямку, де ви йдете від, скажімо, хімічної енергії (метану) до нагрівання, а потім знову назад, насправді неефективні, і ви отримаєте набагато менше, ніж ви покладете назад.

Так що ні, ви б не використовували процес Sabatier для керування транспортним засобом, оскільки це передбачає:

хімічна енергія - [згоряння] -> тепло - [Sabatier] ->
хімічна енергія - [згоряння] -> тепло - [поршні] -> кінетична енергія

І насправді не має значення, який процес перетворення знаходиться у тому полі, яке наразі позначено "Sabatier": ця суперечлива серія перетворень не мала б сенсу, яким би не був цей процес.

Натомість ви просто переходите від хімічної енергії до нагрівання до кінетичної енергії, саме це і роблять двигуни згоряння.

Перехід від метану до тепла до метану буде дуже неефективним. Ви робили це тільки в дійсно виняткових обставинах. Я зараз не можу придумати жодного, але я впевнений, що хтось міг би створити кутовий випадок, де це мало сенс; наприклад, якась особлива обставина, коли ви змогли переміщувати високоякісне тепло, але не могли перемістити метан.

Тож було б безглуздо розміщувати Sabatier (або подібний) процес у машині, що працює на метані. Якщо вам потрібна більша ефективність, потрібно вкласти гроші в ефективність автомобіля: менші швидкості руху, більш високі температури двигунів з більш високою температурою, легша вага автомобіля, більш аеродинамічний профіль, трансмісія з більшою ефективністю, системи відновлення кінетичної енергії тощо . Що б ви не зробили, це набрати вагу, додавши неефективний непотрібний комплект, щоб просто повернути тепло на паливо: просто спалюйте менше палива в першу чергу.

— Енергетичні номери
джерело