Hur sopdrivna bilar kan fungera

Bildgalleri: Exotiska bilar Den eftermonterade DeLorean DMC-12 vid 25-årsjubileet Trilogy Blu-Ray släppte firandet vid Gustavino's 25 oktober 2010 i New York City. Se fler bilder på exotiska bilar. FilmMagic / Getty Images

I "Tillbaka till framtiden" kastar Doc bananskal och öl i Mr. Fusion för att driva sin DeLorean-tidsmaskin. Vi är inte riktigt på plats med kalla kallfusionssystem - eller tidsmaskiner, för den delen - men vi är inte långt ifrån att kunna driva bilar på sopor som bananskal med ett bränsle som inte är så långt ifrån öl.

Att driva fordon med skräp låter lika långtgående som Mr. Fusion, men det görs redan i liten skala. Att skapa flytande bränsle från fast skräp innebär en process som kallas förgasning, där värme - inte flamma - förvandlar kolbaserade fasta ämnen till syntetisk gas, som sedan kan destilleras till etanol, en alkohol som redan har tillförts bensinförsörjningen i många stater och används i bilar redan på väg.

Syntetisk gas eller syngas kort sagt kan skapas av en mängd olika råmaterial, eller källmaterial, inklusive:

• Fossila bränslen, som kol, olja och naturgas
• Asfalt
• Avlopp
• plast
• Biomassa, t.ex. trä eller jordbruksavfall
• Kommunalt fast avfall, aka sopor

Idén att skapa flytande bränsle ur fast biomassa har funnits länge. Förgasningsprocessen upptäcktes i Belgien 1609 med trä och kol. Syngas var också känd som "stadsgas", och det användes i gatulampor som måste tändas manuellt av en lampa. Under bränslebristen från andra världskriget monterades europeiska fordon för att använda syngas tillverkad av träflis, och Sydafrika i apartheid-era använde samma teknik när det var under världsomfattande sanktioner.

Med andra ord, det här har funnits mycket länge. Låt oss nu ta en titt på hur modern avfallsbaserad syngas tillverkas och förvandlas till etanol som kan användas utan någon modifiering av din bil.

Innehåll

1. Hur man gör sopor till gas
2. Varför driva bilar med sopor??
3. Potentiella fallgropar för bilar med sopor

Det första steget är att separera avfallet, eller kommunalt fast avfall, vid en överföringsstation. Glas och metall fungerar inte i förgasningsprocessen och bör återvinnas ändå; saker som träflis, gräs, däck och blöjor fungerar. "Om det blir riktigt varmt och smälter är det inte ett bra ämne", säger Wes Bolsen, marknadschef på Coskata, Inc. "Om det blir varmt och förvandlas till gas, som trä i en eldstad, är det bra." Varje kolbaserat ämne passar räkningen som ett råmaterial.

När soporna har sorterats kan det börja förgasning. Matningsmaterialet värms - men inte brännas - under tryck tills det bryts ned. Föreställ dig kompostfacket i din trädgård, som har organiskt material inuti. Som det är blir de gamla grönsallatbladen och morot topparna ganska varma och sönderdelas för att göra kompost. Föreställ dig nu att facket inte har några ventiler, så det finns inget syre som orsakar förbränning, och ännu mer värme och tryck appliceras. Samma nedbrytningsprocess skulle inträffa, men mycket mer intensivt. Nedbrytningsprocessen bryter koldioxidbindningarna i de gamla grönsakerna och förvandlas till något som naturgas - syngas.

Du kan stanna här efter att förgasningsprocessen har gjort syngas. Vissa experimentella fordon, som Honda Civic NGV eller till och med staden Torontos nya fordonsflotta, körs på komprimerad naturgas. Syngas kan antagligen användas som ett bränsle för dessa bilar. Men hur är det med de miljoner bilar som redan är på väg som inte kan använda syngas? Coskata lägger till ett par steg i sin process för att skapa etanol från syngas som lätt kan introduceras till nästan varje fordon som kör vägen idag utan att ändra något om bilarna.

När syngas har skapats på Coskatas anläggning fermenteras den från en gas till en vätska av bakterier i en vattenhaltig miljö - vilket verkligen betyder buggar som lever i vattenbehållare. Dessa patenterade bakteriestammar andas in syngas (CO, CO2 och H2) och eliminerar etanol (C2). Allt som återstår att göra är att destillera etanolen från vattnet. Etanolen är motorklar, och vattnet går tillbaka till buggarna med mycket lite bortkastad process.

Och nu när vi vet hur bränsle kan tillverkas av skräp, låt oss ta reda på varför vi skulle bry oss om att använda det.

Månsken

Lite känt faktum: Tillverkning av etanol är nästan identisk med att göra moonshine. Så nära faktiskt att Coskata lägger lite bensin till det färdiga bränslet - en process som kallas denaturering. Om de inte lägger till den lite bensinen skulle de bli föremål för en andskatt på $ 27 per gallon. Dessutom, om någon är desperat nog att dricka etanol med bensin i det ... ja, de kommer att tappa.

Oavsett om du har kört i tre år eller trettio vet du att gaspriserna är instabila - för att uttrycka det artigt. Politisk oro, stormar, naturkatastrofer - valfritt antal saker kan störa flödet av olja och bensin till USA, och ett stört flöde innebär högre priser. Att hitta nya inhemska bränslekällor har ökat på vår lista över prioriteringar under de senaste åren.

Utsläpp av växthusgaser och globala klimatförändringar finns också på vår radar. Fossila bränslen bidrar till växthusgaser i miljön i nästan varje steg i deras cykel, från att få dem ur marken till att bearbeta dem för användning till att faktiskt använda dem i våra bilar. Att minska dessa utsläpp skulle gå långt mot att minska belastningen på vår miljö.

Department of Energy (DOE) konstaterar att syngas, oavsett vilken råvara som används, möjliggör en nästan nollutsläppsproduktionsprocess och är konfigurerbar för lagring av kolupptagning. Det uppfyller också de striktaste amerikanska miljöutsläppsbestämmelserna för svaveldioxid, partiklar och giftiga föroreningar.

Att förvandla syngas till etanol gör det ännu enklare att driva bilar med skräp. Etanol är redan godkänt för användning och finns på 10 till 15 procent på många bensinstationer idag. Flexbränslefordon skulle kunna använda ännu mer etanol, ofta 85 procent etanol blandat med 15 procent bensin, i tanken.

Det finns många typer av skräp som kan användas som råvara, från skräpet som samlas in i Seattle till majsavfallet i Mellanvästern till rester av massa och pappersindustri i Sydost. Det finns inget behov av att använda faktisk mat som folk kan äta, som majs, när du kan använda skräp som annars skulle plockas upp vid trottoarkanten och hamna i en deponi. "Det finns inget sätt att du skulle betala för att sätta ditt skräp i ett hål i marken när du kan tjäna pengar på det," säger Coskatas Bolsen. "Det är som att begrava kontanter."

Städer som Chicago, som nästan har fyllt sitt deponi med kommunalt avfall, tittar på system som Coskata för att hantera skräp i framtiden. Det måste dock finnas en fångst, eller hur? Kanske.

Fortsätt läsa för att lära dig några av de utmaningar som denna nya teknik står inför.

Chips chips

Hemförgasning är möjligt, om inte lätt. Fråga bara Chip Beam, som svetsade ihop sin egen tratt för att förgasa flis och monterade den på baksidan av sin Isuzu Trooper 1988. Genom att använda en förgasningsprocess som liknar den som européerna använde under WWII, går han 20 mil (32,2 kilometer) för varje 25 kilo chips som han kastar i tratten. Han körde den i den första Green Grand Prix på Watkins Glen, där den vann priset "Most Unusual Car".

Coskata bioraffinaderi med tillstånd av Coskata, Inc.

Vissa råvaror, som flis, är ganska enhetliga. Varje litet trästycke är av samma material, och maskiner kan göra alla bitar av samma storlek. Träflis, gräs och liknande enhetliga råvaror är nästan idealiska för att förvandla avfall till bränsle genom förgasningsprocessen.

Kommunalt fast avfall är dock en annan historia. Ja, du kan använda däck och blöjor som råmaterial, men det är väldigt olika material som kräver mycket olika behandling innan de kan börja förgasningsprocessen. För det första finns det mer sortering att göra för att utvinna det användbara skräpet på en överföringsstation än att få träavfallet till en massabruk. Mer sortering och förarbete betyder mer kostnad.

Det är inte det enda problemet med den förberedelse som krävs för skräp i förgasningsprocessen. Många avfallsmaterial, inklusive kommunalt fast avfall och vissa biomassråvaror som gräs eller majs, har högre fuktinnehåll. Dessa föremål måste torkas innan de matas in i behållaren för förgasning.

Det finns ett potentiellt problem i andra änden av processen: Kommunalt avfall skulle ha ett högre askinnehåll. Träflis är ett mycket effektivt råmaterial, med bara lite - kanske 2 procent - som hamnar aska. Resten av dess massa omvandlas till gas (tänk på en logg i spisen). Varje anläggning som bearbetar kommunalt fast avfall som däck och blöjor till syngas måste ha anläggningar för att hantera resterande aska.

Och som varje ny bränslekälla från el till väte, måste tillräckligt med syngas skapas för att den ska kunna antas i stor utsträckning. Nationens största sopmaskin, Waste Management, har pratat med Coskata om ett partnerskap, men ändå är utbredd användning av sopor drivna bilar fortfarande 3 till 5 år i framtiden. Men om de etanolspyrande bakterierna har sin väg, kan din bil vara en skräpdriven bil som Docs DeLorean tillräckligt snart - inga bananer eller galna ledningar krävs.

För mer information om sopordrivna bilar, syntetisk gas och andra relaterade ämnen, följ länkarna på nästa sida.

relaterade artiklar

• 10 ätliga biobränslen
• Hur fungerar förgasning
• Hur naturgasfordon fungerar
• Vad är ett synbränsle? 
• Kan en bil köra med kärnkraft?
• Hur kan alger konverteras till biobränsle? 
• Vilka är de ekonomiska nackdelarna med att använda biodrivmedel?
• På vilka nya sätt kan bakterier hjälpa till att krympa våra deponier?

Fler bra länkar

• Trädriven Isuzu Trooper
• Honda Civic GX Natural Gas Vehicle
• Coskata, Inc.

källor

• Beam, Chip. Syngas Isuzu Trooper ägare. Telefonintervju. Genomfördes i juni 2008.
• Bolsen, Wes. Chief Marketing Director för Coskata, Inc. Telefonintervju. Genomförd 23 februari 2011.
• Institutionen för energi, National Energy Technology Laboratory (NETL). "Förgasning." (23 februari 2011) http://www.netl.doe.gov/technologies/coalpower/gasification/gasifipedia/TOC.html
• LaMonica, Martin. "Skräp till etanolföretag gräver." CNET News. 14 maj 2008. (16 februari 2011) http://news.cnet.com/8301-11128_3-9939613-54.html
• Sandru, Mihai. "Torontos nya sopbil som körs på avfallsledd biogas." Den gröna optimistiska. 11 november 2010. (16 februari 2011) http://www.greenoptimistic.com/2010/11/11/toronto-biogas-garbage-truck/