Historia naturalna pewnego Uniwersum i Homo Sapiens Sapiens ROZWÓJ I PRZYSZŁOŚĆ CZŁOWIEKA

Historia naturalna pewnego Uniwersum Historia naturalna pewnego Uniwersum i Homo Sapiens Sapiensi Homo Sapiens Sapiens

ROZWÓJ I PRZYSZŁOŚĆ CZŁOWIEKA ROZWÓJ I PRZYSZŁOŚĆ CZŁOWIEKA

Dobiesław NazimekDobiesław Nazimek

e-mail: e-mail: dobieslaw.nazimek@up.lublin.pldobieslaw.nazimek@up.lublin.pl

Katedra Energetyki i Pojazdów, Katedra Energetyki i Pojazdów, Wydział Inżynierii Produkcji, Wydział Inżynierii Produkcji,

Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie, Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie, 20-950 Lublin, ul. Akademicka 1320-950 Lublin, ul. Akademicka 13

Czy musiało powstać życie?Czy musiało powstać życie?

Taka prosta reakcja.....Taka prosta reakcja.....

HH22O + O + hνhν → H → H22 + 1/2O + 1/2O

22

Na początku był świat RNA...Na początku był świat RNA...

Cjanobakteria ... sprzed 3.6 mld latCjanobakteria ... sprzed 3.6 mld lat

Model zmian stężenia tlenu w atmosferzeModel zmian stężenia tlenu w atmosferze

Ile mamy stabilnych klimatów?Ile mamy stabilnych klimatów?

Zmiany temperatury...Zmiany temperatury...

Co podlega ewolucji?Co podlega ewolucji?

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

Jakich zmian oczekujemy?Jakich zmian oczekujemy?

Zmiany środowiska, w tym Zmiany środowiska, w tym klimatu.klimatu.Zmiany w rodzajach źródeł Zmiany w rodzajach źródeł energii.energii.Zmiany w wielkości populacji.Zmiany w wielkości populacji.Zmiany w genotypie człowieka.Zmiany w genotypie człowieka.

Świat dzisiajŚwiat dzisiaj

Za 50 mln lat...Za 50 mln lat...

Za 150 mln lat....Za 150 mln lat....

Za 250 mln lat....Za 250 mln lat....

Stąd pochodzimy?Stąd pochodzimy?

Modele ewolucji Homo sapiens sapiensModele ewolucji Homo sapiens sapiens

Dwa gatunki ludzkie ?Dwa gatunki ludzkie ?

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

Nauka – Nauka – możliwościmożliwości rozwoju i zagrożenia cywilizacyjne rozwoju i zagrożenia cywilizacyjne

Nauka – Nauka – możliwościmożliwości rozwoju i zagrożenia cywilizacyjne rozwoju i zagrożenia cywilizacyjne

Nauka – Nauka – możliwościmożliwości rozwoju i zagrożenia cywilizacyjne rozwoju i zagrożenia cywilizacyjne

Nauka – Nauka – możliwościmożliwości rozwoju i zagrożenia cywilizacyjne rozwoju i zagrożenia cywilizacyjne

Powody poszukiwań technologiiPowody poszukiwań technologii

Powody poszukiwań technologiiPowody poszukiwań technologii

Powody poszukiwań technologiiPowody poszukiwań technologii

Powody poszukiwań technologiiPowody poszukiwań technologii

Co 3,6 sekundy ktoś umiera z głodu. Co 3,6 sekundy ktoś umiera z głodu. Ok. 815 milionów ludzi w świecie cierpi głód i niedożywienie. 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 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 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. 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 W ośmiu krajach zachodnioafrykańskich, w tym w Burkina Faso, jednym z najbiedniejszych krajów na świecie, liczba chronicznie głodujących zmniejszyła się znacząco w latach 1980-krajów na świecie, liczba chronicznie głodujących zmniejszyła się znacząco w latach 1980-1996. Ale w Afryce centralnej, wschodniej i południowej liczba głodujących rosła. 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 1/12 ludzi na świecie choruje z niedożywienia, w tym 160 milionów dzieci poniżej piątego roku życia (FAO). roku życia (FAO). Według Światowej Organizacji Zdrowia (WHO) 1/3 ludności świata jest dobrze odżywiona, Według Światowej Organizacji Zdrowia (WHO) 1/3 ludności świata jest dobrze odżywiona, 1/3 jest niedożywiona, a 1/3 głoduje. 1/3 jest niedożywiona, a 1/3 głoduje. Na subkontynencie indyjskim żyje blisko połowa głodujących ludzi na świecie. W Afryce i 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 pozostałej części Azji łącznie - ok. 40%. Reszta głodujących żyje w Ameryce Łacińskiej i innych częściach świata (Hunger in a Global Economy). 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 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 miliarda - żyje za mniej niż 1 dolar dziennie. Tymczasem aktywa 358 miliarderów przewyższają łączne dochody roczne krajów, które zamieszkuje 45% ludności świata. Suma przewyższają łączne dochody roczne krajów, które zamieszkuje 45% ludności świata. Suma aktywów trzech najbogatszych ludzi świata jest większa, niż łączny PKB wszystkich krajów aktywów trzech najbogatszych ludzi świata jest większa, niż łączny PKB wszystkich krajów najmniej rozwiniętych. najmniej rozwiniętych. Aby pokryć niezaspokojone potrzeby świata w zakresie higieny i żywności, wystarczy 13 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. miliardów dolarów - tyle, ile ludzie w USA i Unii Europejskiej wydają co roku na perfumy.

Nauka – Nauka – możliwościmożliwości rozwoju i zagrożenia cywilizacyjne rozwoju i zagrożenia cywilizacyjne

Co sugerują memy?Co sugerują memy?

•Zmiana źródeł energii,Zmiana źródeł energii,•optymalizacja i oszczędność,optymalizacja i oszczędność,•kierunek – kosmos.kierunek – kosmos.

„„Nic nie jest skończone dopóki się nie skończy”Nic nie jest skończone dopóki się nie skończy”

Energia chemiczna → energia cieplna → energia mechaniczna → energia elektrycznaEnergia chemiczna → energia cieplna → energia mechaniczna → energia elektryczna

Energia elektrycznaEnergia mechaniczna Energia jądrowa

Energia solarna

Energia wewnętrzna układu

Energia cieplna

Nowy paradygmat przesyłu ciepłaNowy paradygmat przesyłu ciepła

CH4, H2O

CH4, H2OCH4, H2O

Gazy odlotowe z pierwotnego źródła ciepła

Paliwo kopalne CO, H2

CO, H2

Woda

Para

Ogniwa paliwoweOgniwa paliwowe

A to nowy sposób produkcji energii A to nowy sposób produkcji energii elektrycznej....elektrycznej....

Energia pierwotna (paliwo)

Gazy odlotowe z pierwotnego źródłaCH4, H2O

CH4, H2O

O2, N2O2, N2

H2, CO

H2, CO

CO2, H2O, CH4, N2

Elektrownia na ogniwa paliwowe w Santa Clara - CaliforniaElektrownia na ogniwa paliwowe w Santa Clara - California

Wykorzystać wiatr....Wykorzystać wiatr....

Elektrownia słoneczna na orbicieElektrownia słoneczna na orbicie

Elektrownia geotermicznaElektrownia geotermiczna

Energetyka jądrowa...Energetyka jądrowa...

Energetyka termojądrowa...Energetyka termojądrowa...

Paliwa zastępczePaliwa zastępcze

Znane możliwości produkcji syntetycznych węglowodorów Znane możliwości produkcji syntetycznych węglowodorów

Węglowodory syntetyczne wytwarzana na bazie Węglowodory syntetyczne wytwarzana na bazie reakcji F-T (surowiec – węgiel, gaz ziemny).reakcji F-T (surowiec – węgiel, gaz ziemny).

Węglowodory syntetyczne wytwarzana na bazie Węglowodory syntetyczne wytwarzana na bazie biokomponentów (biopaliwa, proces ETG).biokomponentów (biopaliwa, proces ETG).

Węglowodory syntetyczne wytwarzana na bazie Węglowodory syntetyczne wytwarzana na bazie metanolu - proces MTG (surowiec – gaz ziemny, metanolu - proces MTG (surowiec – gaz ziemny, metanol z procesów MTM oraz AP).metanol z procesów MTM oraz AP).

Proces Fischera - Tropscha 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

oraznH2 + 2nCO = CnH2n + nCO2

Otrzymana mieszanina węglowodorów jest poddawana destylacji oraz przetwarzana do gazu płynnego, benzyn, paliwa odrzutowego, oleju napędowego oraz parafin.

Proces Fischera - Tropscha - kosztyProces 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. LisieckiegoBiopaliwa – proces A. Lisieckiego

Brak odpadu – gliceryny – wartość opalowa paliwa ok. 50 MJ/kg

Biopaliwa – proces A. LisieckiegoBiopaliwa – proces A. Lisieckiego

Biopaliwa – proces ETG (ethanol to gasoline)Biopaliwa – proces ETG (ethanol to gasoline)

Koszty procesu ETG (dane dla Polski)Koszty procesu ETG (dane dla Polski)

Proces MTG (methanol to gasoline)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 = C

nH

n+x + nH

2O

Sumaryczne ciepło wszystkich reakcji przebiegających w trakcie procesu sprzęgania zawierasię granicach 1,51 – 1,74 MJ w przeliczeniu na 1 kg wprowadzanego do reakcji metanolu

(100%).

Proces MTG (methanol to gasoline) Proces MTG (methanol to gasoline) Nowa ZelandiaNowa Zelandia

Proces MTG (methanol to gasoline) Proces MTG (methanol to gasoline) Nowa ZelandiaNowa Zelandia

Otrzymywanie metanoluOtrzymywanie metanolu

Przemysłowy proces otrzymywania metanolu bazuje na następujących podstawowych Przemysłowy proces otrzymywania metanolu bazuje na następujących podstawowych reakcjach:reakcjach:

1. CH1. CH44 + CO + CO22 = 2CO + 2H = 2CO + 2H22 + Q ( + Q (ΔH = + ΔH = + 247247 kJ/mol) kJ/mol) lublub2. CH2. CH44 + H + H22O = CO + 3HO = CO + 3H22 + Q + Q (ΔH = + 206 kJ/mol) (ΔH = + 206 kJ/mol)

Obie reakcje, zarówno „suchego” jak „mokrego” reformingu metanu stanowią etap Obie reakcje, zarówno „suchego” jak „mokrego” reformingu metanu stanowią etap przygotowania gazu do syntezy. Obie reakcje są silnie endotermiczne i przebiegają w przygotowania gazu do syntezy. Obie reakcje są silnie endotermiczne i przebiegają w

wysokich temperaturach, rzędu 800 – 900wysokich temperaturach, rzędu 800 – 900ooC pod ciśnieniem rzędu 30 ata.C pod ciśnieniem rzędu 30 ata.Reakcja syntezy:Reakcja syntezy:

3. CO + 2H3. CO + 2H22 = CH = CH33OH + QOH + Qjest egzotermiczna a jej ΔH = - 90,73 kJ/moljest egzotermiczna a jej ΔH = - 90,73 kJ/mol

Tak więc, instalacja syntezy składa się z dwu podstawowych elementów – Tak więc, instalacja syntezy składa się z dwu podstawowych elementów – przygotowania gazu do syntezy, oraz bloku syntezy. Już nawet bez szczegółowej przygotowania gazu do syntezy, oraz bloku syntezy. Już nawet bez szczegółowej

analizy ekonomiczno – technologicznej uwidacznia się zaleta bezpośredniej syntezy analizy ekonomiczno – technologicznej uwidacznia się zaleta bezpośredniej syntezy metanolu z metanu. Znika bowiem proces przygotowania gazu do syntezy (silnie metanolu z metanu. Znika bowiem proces przygotowania gazu do syntezy (silnie

endotermiczny) co upraszcza samą instalację jak też zmniejsza wydatek energetyczny. endotermiczny) co upraszcza samą instalację jak też zmniejsza wydatek energetyczny. Reakcję bezpośredniej syntezy można zapisać następująco:Reakcję bezpośredniej syntezy można zapisać następująco:

4. CH4. CH44 + 0.5O + 0.5O22 = CH = CH33OH + QOH + QReakcja jest silnie egzotermiczna a jej ΔH wynosi –126,406 kJ/mol.Reakcja jest silnie egzotermiczna a jej ΔH wynosi –126,406 kJ/mol.

Formalnie reakcję tę można zapisać dwuetapowo:Formalnie reakcję tę można zapisać dwuetapowo:CHCH44 + 0.5O + 0.5O22 = CO + 2H = CO + 2H22 Q Q11

CO + 2HCO + 2H22 = CH = CH33OH + QOH + Q22

Q = QQ = Q11 + Q + Q22

Proces MTM (methane to methanol)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 PolscePodsumowanie 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.....

Proces AP (artificial photosynthesis) Proces AP (artificial photosynthesis) prowadzący do metanoluprowadzący do metanolu

2CO2 + 4H2O → 2CH3OH + 3O2Proces 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 APInstalacja do procesu AP Fotoreaktor

Katalizator – klucz do procesu APKatalizator – klucz do procesu AP

Energia dla procesu AP w PolsceEnergia dla procesu AP w Polsce

Poza źródłami typu OZE oraz Poza źródłami typu OZE oraz niekonwencjonalnymi źródłami energii, niekonwencjonalnymi źródłami energii, tejże energii może dostarczać reakcja tejże energii może dostarczać reakcja

bezpośredniej syntezy metanolu z bezpośredniej syntezy metanolu z metanu, którą można zapisać metanu, którą można zapisać

następująco:następująco: CH CH44 + 0.5O + 0.5O22 = CH = CH33OH + QOH + Q

Reakcja jest silnie egzotermiczna a jej Reakcja jest silnie egzotermiczna a jej ΔH wynosi –126,406 kJ/mol.ΔH wynosi –126,406 kJ/mol.

Podsumowanie dla MTM oraz AP sprzężonych z MTGPodsumowanie 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.....Ciemne strony technologii.....

1. Możliwość wystąpienia konkurencji surowcowej 1. Możliwość wystąpienia konkurencji surowcowej pomiędzy rynkiem paliw a rynkiem żywnościowym.pomiędzy rynkiem paliw a rynkiem żywnościowym.

2. Możliwość wystąpienia spowolnienia zmian w sektorze 2. Możliwość wystąpienia spowolnienia zmian w sektorze motoryzacyjnym w kierunku eliminacji silników motoryzacyjnym w kierunku eliminacji silników spalinowych.spalinowych.

3. Możliwość wystąpienia wzrostu zanieczyszczenia 3. Możliwość wystąpienia wzrostu zanieczyszczenia środowiska przyrodniczego poprzez metanol i jego środowiska przyrodniczego poprzez metanol i jego pochodne.pochodne.

4. W przypadku Polski konieczność eksploatacji złóż gazu 4. W przypadku Polski konieczność eksploatacji złóż gazu pochodzącego z łupków aby uruchomić technologię pochodzącego z łupków aby uruchomić technologię MTM oraz AP a następnie technologię MTG.MTM oraz AP a następnie technologię MTG.

5. Rozpowszechnienie wspomnianych technologii może 5. Rozpowszechnienie wspomnianych technologii może spowodować swoiste spowolnienie rozwoju technologii spowodować swoiste spowolnienie rozwoju technologii w pełni alternatywnych do procesów spalania.w pełni alternatywnych do procesów spalania.

Wybrane doniesienia naukowe stanowiące podstawę Wybrane doniesienia naukowe stanowiące podstawę prezentowanych technologiiprezentowanych technologii

Czekając na pytania...Czekając na pytania...

Dziękuję za uwagęDziękuję za uwagę