自動車の排気ガスに含まれる水や二酸化炭素を回収して、食料生産に役立てる

自動車の排気ガスに含まれる水や二酸化炭素を回収して、食料生産に役立てる地球
テキサスA&Mの研究者たちは、道路交通による環境への影響を軽減し、食料生産のための資源を増やすため、新しい方法を提案しています。

テキサスA&M大学の研究者たちは、自動車の排気ガスから廃棄物を回収し、都市部の温室で食料生産に利用するという斬新なアイデアを発表しました。

自動車の排気システムから発生する水と二酸化炭素(CO2)の両方を回収して、食物の栽培に利用できたらどうでしょうか?
この2つの廃棄物を再利用することで、道路交通の二酸化炭素排出量を削減し、増加する人口を農業でまかなうことができるようになります。

テキサスA&M大学のMaria Barrufet氏、 Elena Castell-Perez氏、Rosana Moreira氏の3人の教員は、初期分析結果をホワイトペーパーにまとめて発表し、このプロジェクトの正式な学際的研究に必要な資金を得ることを目指しました。

ハロルドヴァンス石油工学科の教授であり、Baker Hughes Endowed ChairでもあるBarrufet氏は、「関連文献を読み始め、可能なことをシミュレーションしてみました。これはまったく現実的な話です。大型トラックや船舶向けには、すでにいくつかの提案がなされていますが、まだ何も実現していません。そして、乗用車用のエンジンを考えたのは我々が初めてです。」と言います。

その影響は甚大なものになる可能性があります。2019年、世界で使用されていると推定される自動車の数は14億台。稼働中の平均的な乗用車は、1年間に約5米トン(約4.6トン)のCO2を排出することができ、かなりの量の温室効果ガスが環境に流れ込んでいることになります。また、自動車1台の燃料燃焼により、1年間に約5,547ガロン(約21,000リットル)の大量の水が発生します。

生物農業工学科の教授であるCastell-Perez氏とMoreira氏は、この無駄なCO2と水が、特に都市部で有効に活用できることを知っています。近年、米国で拡大している都市農業では、植物の健康状態や収穫量を向上させるために、通常の空気中の最大3倍のCO2を含む人工的に濃縮された大気を使用する工業用温室が使用されています。これらの都市部の農場では、わずか2ポンド(1kg)の野菜を育てるために、5ポンド(2kg)近いCO2と6ガロン(22リットル)近い水を購入・使用しているため、無料で再生されたCO2と水の安定した供給源があれば、大きなメリットがあります。この数字には、収穫後の食品加工や濃厚な低温殺菌に必要な水とCO2は含まれていません。

3人の教員は、統合されたデバイスがどのように機能するかを説明しました。このシステムは、タービン、熱交換器、コンデンサー、フィードポンプを備えた小型の密閉式ユニットで、昔ながらの蒸気エンジンのような働きをしますが、規模ははるかに小さく、発電に必要な熱量もはるかに少なくて済みます。ORCは、熱交換システムなどの他のコンポーネントに電力を供給し、CO2ガスの冷却、圧縮、液体化を行い、よりコンパクトな貯蔵を可能にします。

「昔は、自動車にエアコンが搭載されるとは思っていませんでした。これは、今のエアコンと同じようなコンセプトです。簡単に言えば、あの装置と同じで、狭い場所にも収まるということです。」とBarrufet氏は言います。

予備的なシミュレーションでは、有望な結果が得られました。車のエンジン出力の大幅な低下や燃料消費量の増加は予測されません。また、熱交換システムに腐食が発生した場合は、新しいコーティング材料を使用することで対処できます。理論的には、現在のアルミ缶やスチール缶のように、CO2と水をカートリッジごと再生利用センターに持ち込むことができます。また、責任を持ってCO2を使用し、植物に十分に吸収させることができれば、ドライバーは自分自身やコミュニティ内の温室システムでCO2や水を使用することもできます。

しかし、カートリッジの大きさや、圧縮できない水の扱い、どのくらいの重さのCO2や水が車の性能に影響を与えるのかなど、疑問点も残されています。

Barrufet氏、Castell-Perez氏、Moreira氏の3人は、研究を続けるための資金を積極的に求めています。大規模なCO2回収のための装置の改良については、すでに国立研究所や産業界で研究が行われていますが、このような小さなスケールのものは現在のところ存在しないため、実験ができるようになるには10年かかる可能性があります。

最大の難関は、研究を行うための学際的なチームを編成することです。装置を構成する部品はすでに何らかの形で存在していますが、このような狭い空間で一緒に動作するように再設計するためには、さまざまな専門分野のエンジニアで構成されたチームが必要です。

「このような独立したアイデアや技術は、それらが結びつかなければ価値がありません。これを早急に実現するためには、未来を憂う人々、境界を越えて同期して働くことのできる石油、機械、土木、農業などの工学分野の元気な学生が必要です。」

Published by Texas A&M University. Maria A. Barrufet et al, Capture of CO2 and Water While Driving for Use in the Food and Agricultural Systems, Circular Economy and Sustainability (2021). DOI: 10.1007/s43615-021-00102-4
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