COMBUSTIBLE A PARTIR DEL AGUA DE MAR

COMBUSTIBLE MILITAR DEL OCÉANO     (ENGLISH VERSION BELOW)

Imaginemos una flota de portaviones navegando a través de los océanos alimentando a sus cazas con combustible no transportado a lo ancho de los mares y almacenado en instalaciones terrestres, sino extraído de las aguas del mismo océano.

Un reciente comunicado de prensa del Laboratorio Naval de Investigaciones de los EEUU  (NRL), División Ciencia de los Materiales y Tecnología, (1), declara que sus investigadores demostraron el funcionamiento de una unidad de comprobación de nueva tecnología para la recuperación de dióxido de carbono (CO2) e hidrógeno (H2) a partir del agua marina y su conversión en hidrocarbonos combustibles.

Dos a tres por ciento del CO2 en el agua del mar es gas disuelto en la forma de ácido carbónico, un uno por ciento es carbonato y el restante 96 a 97 % se encuentra fijado como bicarbonato.

Usando un módulo electrolítico innovador y patentado del NRL de intercambio catiónico (E-CEM), tanto el CO2 disuelto como combinado son removidos del agua marina con una eficiencia del 92 % reconvirtiendo el carbonato y bicarbonato en CO2, y produciendo H2 simultáneamente. Estos gases son subsecuentemente convertidos en hidrocarbonos líquidos a través de un sistema de reactor catalítico.

El NRL ha logrado significativos avances en el desarrollo del proceso de síntesis gas-a-líquido para convertir CO2 e H2 extraídos del agua marina en fracciones de hidrocarbono de cadena C₉-C₁₆  similares a las de los combustibles.

En el primer paso patentado del proceso se desarrolló un catalizador férrico que puede inducir la conversión del CO2 a niveles de hasta el 60 % y reducir la producción del indeseado metano a favor de hidrocarbonos insaturados de cadenas más largas (olefinas).  Estos hidrocarbonos de mayor valor sirven de elementos de construcción de productos químicos industriales y combustibles específicos usando una polimerización controlada. El líquido resultante contiene moléculas de hidrocarbono de cadena C₉-C₁₆ capaz de reemplazar el combustible para motores de reacción. No olvidemos que solo se requieren unos 33 millones de litros de agua marina para producir todo el combustible que necesita un avión F-16. Esto, comparado con los inmensos volúmenes de agua en los océanos es infinitamente menos que “una gota en un barril”.  

Dice la declaración de prensa que el costo previsto del combustible líquido producido por esta tecnología se encuentra en el rango de U$3-$6 por galón, y con suficiente financiación y sociedades esta propuesta estaría viable dentro de los próximos 7 a 10 años.

Imagen: plataforma de Captura de Carbono. La unidad E-CEM está montada en una plataforma movible conteniendo una unidad de ósmosis invertida, provisión de energía, bomba, sistema patentado de recuperación de CO2 y extracción de hidrógeno, constituyendo una unidad de obtención de hidrógeno y constituyendo un sistema de captura de carbono (dimensiones  m 1.57 x 0,90 x 1.50). (Foto U.S. Naval Research Laboratory)

Por supuesto, hace falta una fuente de energía para el proceso “agua marina-a-hidrocarburo” – puede provenir del sol, el viento o de sistemas nucleares, y el proceso seguiría siendo útil. Claro que está la cuestión de cuanta energía entra en el proceso y cuanta sale, y este tema es abordado por una serie de comentarios a la declaración de prensa. Pero para los propósitos de la fuerza Naval, el evitar opciones basadas en lejanas instalaciones de almacenamiento en tierra firme sería un primer paso hacia soluciones basadas exclusivamente en la fase marina y casi no importa cuánta energía usará el proceso. De todas maneras, los portaviones actuales tiene un reactor nuclear abordo que puede ser construido bajo las especificaciones necesarias para apoyar al sistema generador de combustible.

Un portaviones que pueda producir en el mar el combustible para sus propios aviones eliminaría el enorme segmento de provisión del combustible para sus jets. La unidad nuclear podría alimentar su refinería abordo para producir el combustible necesario durante su trayecto por mar. Resultaría en un reabastecimiento continuo que disminuiría grandemente la necesidad de naves tanques y bases de tierra firme para depósito.

Así, no resulta muy relevante que se use más energía para producir este combustible que la que brindaría el combustible producido. Lo que se propone es obtener un medio eficiente de depósito de energía concentrada similar a una batería pero con mucho más potencia. Un galón de gasolina contiene mucha más energía que una batería de litio del mismo tamaño. “Dudo que alguna vez veamos una densidad de energía en las baterías que soporte la cantidad de energía usada por un caza a reacción. Ese mismo caza ahora puede usar este combustible”, dice el comentario de prensa.

Otro aspecto abordado por algunos de los comentarios al artículo es el ambiental. El proceso propuesto ofrece beneficios como el de quitar el CO2 del agua de los océanos lo que ayudará a disminuir los perjuicios del cambio climático (aún cuando fuera en una mínima parte). Un comentarista pregunta, sin embargo, si esta tecnología en algún momento llegara a entrar en producción y todas las nave la usaran, si no afectaría la composición química del océano, rompiendo el balance ecológico y causando la muerte de numerosas plantas y animales?

Hay mucho CO2 en el agua de los océanos; el 40% de la producción humana de CO2 termina secuestrada en los océanos, lo que en los últimos 250 años el agua marina ha aumentado su acidez desde un pH 8,25 a pH 8.14. Esta acidificación ya tuvo efectos negativos en los corales, crustáceos y estrellas de mar cuyos esqueletos son de naturaleza cálcica. Si este proceso agua marina-combustible llegara a ser carbono negativo o aún neutro a través de la captura de carbono, y un número suficientemente grande de gente empezara a usarlo, podría, aún teóricamente ser posible y lento, detener o aún revertir la acidificación de los océanos causada por el hombre, lo que remediaría en algo el daño a nuestras pesquerías y posiblemente disminuiría el progreso del cambio climático. La remoción del CO2 del mar es una ventaja, dado todo el CO2 antropogénico que entra en el mar y que termina produciendo su acidificación.

Vistas todas las circunstancias, parece que vale la pena investigar más profundamente esta tecnología. La Marina de los EEUU ya tiene una unidad de laboratorio (ver figura) que puede expandirse añadiendo módulos de algunas de sus partes principales.

Pero este proceso constituiría una competencia con la industria de los combustibles fósiles: las compañías petroleras nunca se quedarían tranquilas ante el crecimiento de otra fuente de energía y, dada su magnitud financiera, no les resultaría demasiado difícil poner un alto en su desarrollo.

Por supuesto que ningún ambientalista podría ver con buenos ojos el uso de energía nuclear para llevar a cabo el proceso de producción de combustible para aviones de guerra. Pero tampoco ve con buenos ojos la proliferación de portaviones y submarinos nucleares y la movilización de artefactos de guerra para disputar en el plano internacional las fuentes de energía fósil y otras expresiones de dominación. Pero lamentablemente esta es una realidad que no es probable vaya a desaparecer en un futuro muy próximo, por lo que, si por lo menos se desarrollan tecnologías que puedan disminuir en algo los efectos nocivos para el ambiente de la insenstez humana, bienvenidas sean. Después de todo de la tragedia de la guerra surgieron no solo la pólvora, sino también los antibióticos. 

(1) SCALE MODEL WWII CRAFT TAKES FLIGHT WITH FUEL FROM THE SEA CONCEPT - http://www.nrl.navy.mil/media/news-releases/2014/scale-model-wwii-craft-takes-flight-with-fuel-from-the-sea-concept#sthash.hMjWY19I.dpuf

Full original press release: http://www.nrl.navy.mil/media/news-releases/2014/scale-model-wwii-craft-takes-flight-with-fuel-from-the-sea-concept

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MILITARY FUEL FROM THE SEA

Imagine a fleet of aircraft carriers moving across the oceans fueling its aircrafts with jet fuel not transported across the oceans and stored in inland facilities but taken from the ocean waters.

A recent press release form the U.S. Naval Research Laboratory (NRL), Materials Science and Technology Division (1) , states that Navy researchers demonstrate proof-of-concept of novel NRL technologies developed for the recovery of carbon dioxide (CO2) and hydrogen (H2) from seawater and converting them into a liquid hydrocarbon fuel.

Two to three percent of the CO2 in seawater is dissolved CO2 gas in the form of carbonic acid, one percent is carbonate, and the remaining 96 to 97 percent is bound in bicarbonate.

Using an innovative and proprietary NRL electrolytic cation exchange module (E-CEM), both dissolved and bound CO2 are removed from seawater at 92 percent efficiency by re-equilibrating carbonate and bicarbonate to CO2 and simultaneously producing H2. The gases are then converted to liquid hydrocarbons by a metal catalyst in a reactor system.

NRL has made significant advances in the development of a gas-to-liquids (GTL) synthesis process to convert CO₂ and H₂ from seawater to a fuel-like fraction of C₉-C₁₆ molecules.

In the first patented step, an iron-based catalyst has been developed that can achieve CO₂ conversion levels up to 60 percent and decrease unwanted methane production in favor of longer-chain unsaturated hydrocarbons (olefins). These value-added hydrocarbons from this process serve as building blocks for the production of industrial chemicals and designer fuels, using controlled polymerization. The resulting liquid contains hydrocarbon molecules in the carbon range, C₉-C₁₆, suitable for use a possible renewable replacement for petroleum based jet fuel. Lets not forget that it will only require about 8.3 million gallons of water to fully fuel an F-16. This, compared with the immense volumes of water in the oceans are infinitely less than “a drop in a bucket”.

The predicted cost of jet fuel using these technologies is in the range of $3-$6 per gallon, and with sufficient funding and partnerships, this approach could be commercially viable within the next seven to ten years.

(Image: E-CEM Carbon Capture Skid. The E-CEM was mounted onto a portable skid along with a reverse osmosis unit, power supply, pump, proprietary carbon dioxide recovery system, and hydrogen stripper to form a carbon capture system [dimensions of 63" x 36" x 60"]. Photo: U.S. Naval Research Laboratory)

It is clear that an energy source is required for the sea water to hydrocarbon process – it could come from solar, wind, or nuclear power systems, and so the process could still be useful. There is the matter of how much energy goes into the process and how much it comes out of it. Any useful reporting on the process would have to address the efficiency of the conversion process. But for Navy purposes avoiding remote land-based options would be the first step towards a future sea-based solution and it almost doesn't matter how much energy the process would use. The aircraft carrier has a nuclear reactor anyway which can be built to whatever specs are required to support the fuel generator system.

A nuclear powered aircraft carrier that can manufacture fuel for its own jets at sea eliminates a huge supply tail segment. The nuke could power the on-board 'refinery' to make the needed fuel while underway. It would be continuous replenishment that would greatly diminish the need for fuel transportation ships and land based sotrage.

It's not relevant whether it takes more energy to make this fuel than the energy the fuel itself produces. What they are proposing is to obtain an efficient and dense storage of energy similar to a battery but with much more power. A gallon of gasoline holds much more energy than a lithium battery of the same size. “I doubt we will ever see an energy density in batteries that could support the kind of energy used by a fighter aircraft. But that same aircraft can use this fuel now”, is stated in the press release.

From an environmental point of view, there are benefits like getting CO2 out of the oceans to help with climate change (even if it's just a little bit), but if this goes into production and eventually all ships use this technology, could it alter the Ocean's chemical makeup, disrupt the balance, causing the death of numerous plant and animal life?

There is a lot of CO2 in sea water; 40% of human CO2 production ends up sequestered in the ocean, which has slowly increased the H+ in the ocean by about 30% over the last 250 years, increasing the acidity from pH 8.25 to pH 8.14. This acidification has already had some detrimental effects on corals, shellfish, and starfish because the acidity makes it harder for them to maintain their calcium skeletons. If this seawater-to-fuel process becomes a carbon negative or even neutral process through carbon capture, and enough people started using it, it could theoretically slow, stop, or even reverse the human-caused acidification of the oceans, heal some of the damage to our fisheries, and possibly slow the progress of climate change. Removing CO2 from the sea is an upside, given all of the anthropogenic CO2 entering the sea that ends up in ocean acidification.

All matters considered, the process seems to be worth looking deeply into it. The Navy already has a lab size operating unit (see picture) that can be expanded adding more modules of some of its sections. But this process means competition with the fossil fuels industry: the oil companies will most probably never stand by and let another energy source take over. The oil company's could shut this whole thing down in a heart beat.

Of course, no environmentalist would favor the use of nuclear energy to produce fuel for war jets. But he will neither see with good eyes the proliferation of nuclear aircraf carriers (or submarines, for that matter) and the mobilization of war artifacts to internationally dispute energy sources and other expressions of domination. But unfortunately this is a reality whose disappearance cannot be foreseen in the near future. Therefore, if technologies are developed to cut down the nocive effects of human senselessness, they are to be welcome. After all we must remember that from the tragedy of war not only gunpowder, but also antibiotics were originated.

(1) SCALE MODEL WWII CRAFT TAKES FLIGHT WITH FUEL FROM THE SEA CONCEPT - http://www.nrl.navy.mil/media/news-releases/2014/scale-model-wwii-craft-takes-flight-with-fuel-from-the-sea-concept#sthash.hMjWY19I.dpuf

Full original press release: http://www.nrl.navy.mil/media/news-releases/2014/scale-model-wwii-craft-takes-flight-with-fuel-from-the-sea-concept