Vad händer om både vatten och koldioxid (CO ₂ ) som produceras från ett fordons avgassystem kan fångas upp och användas för matodling? Att återanvända dessa två bortkastade produkter skulle vara en spelväxlare för att minska koldioxidavtrycket från vägtrafiken och hjälpa jordbruksindustrin att mata en växande mänsklig befolkning.

Tre fakultetsmedlemmar vid Texas A&M University, Maria Barrufet, Elena Castell-Perez och Rosana Moreira, har skrivit en vitbok som rapporterar sin första analys och publicerat den i hopp om att få den finansiering som behövs för att göra formella, tvärvetenskaplig forskning om projektet.

"Jag började läsa den relaterade litteraturen och gjorde simuleringar av vad som var möjligt, sa Barrufet, professor och Baker Hughes begåvad ordförande vid Harold Vance Department of Petroleum Engineering. "Det här är helt realistiskt. Flera förslag har redan skrivits för stora lastbilar och marina fordonsapplikationer, men inget har implementerats än. Och vi är de första som tänker på en personbilsmotor. "

Påverkan kan bli enorm. År 2019, antalet fordon som beräknas vara i bruk runt om i världen var 1,4 miljarder. En genomsnittlig personbil i drift kan släppa ut cirka 5 amerikanska ton (cirka 4,6 ton) CO ₂ per år, vilket innebär att en betydande mängd växthusgas kommer ut i miljön. En bils bränsleförbränning skapar också en stor mängd vatten per år - cirka 5, 547 gallon (cirka 21, 000 liter).

Castell-Perez och Moreira, båda professorerna vid institutionen för biologisk och lantbruksteknik, vet detta bortkastade CO ₂ och vatten kunde utnyttjas väl, särskilt i städer. De senaste utvidgningarna i USA:s stads jordbruk är beroende av industriella växthus, som använder en artificiellt berikad atmosfär som innehåller upp till tre gånger mängden CO ₂ i normal luft för att förbättra växtens hälsa och skörd. Dessa stadsgårdar skulle ha stor nytta av en stadig källa till gratis, återvunnet CO ₂ och vatten som de för närvarande köper och använder nästan 5 pund (över 2 kg) CO ₂ och nästan sex liter (22 liter) vatten för att växa drygt två kilo (1 kg) produkter. Och dessa siffror inkluderar inte vatten och CO ₂ behövs för livsmedelsbearbetning efter skörd och pastörisering i tät fas.

De tre fakultetsmedlemmarna redogjorde för hur den integrerade enheten kunde fungera. Värme från motorn kan driva ett organiskt Rankine -cykelsystem (ORC), i huvudsak en liten, sluten enhet som innehåller en turbin, värmeväxlare, kondensor och matningspump som fungerar som en gammaldags ångmaskin men i mycket mindre skala, och med mycket mindre värme som behövs för att producera el. ORC skulle driva de andra komponenterna, såsom ett värmeväxlingssystem, det kan svalna, komprimera och ändra CO ₂ gas till en vätska för mer kompakt lagring.

"För flera år sedan, vi trodde inte att vi kunde ha luftkonditionering i en bil, "Sa Barrufet." Detta är ett liknande koncept som luftkonditioneringen som vi nu har. På ett enkelt sätt, det är som den enheten, det kommer att passa i trånga utrymmen. "

Preliminära simuleringar är uppmuntrande. Ingen signifikant minskning av bilens motoreffekt eller ökad bränsleförbrukning förutses. Eventuell korrosion i värmeväxlingssystemet kan åtgärdas med användning av nya beläggningsmaterial. Teoretiskt sett fordonsägare kunde lämna in hela patroner med CO ₂ och vatten vid återvinningscentraler precis som människor tar in aluminium- och stålburkar nuförtiden. Eller förare kan till och med använda CO ₂ och vatten i sina egna växthussystem eller inom ett samhälle, förutsatt att CO ₂ användes ansvarsfullt och helt absorberades av växterna.

Frågor återstår, fastän, till exempel hur stora dessa patroner skulle behöva vara, hur vattnet skulle hanteras eftersom det inte kan komprimeras, och i vilken vikt skulle det lagrade CO ₂ och vatten påverkar bilens prestanda.

Barrufet, Castell-Perez och Moreira söker aktivt finansiering för att fortsätta sitt arbete. Medan forskning redan finns på plats i nationella laboratorier och industrier om förbättring av enheter för storskalig CO ₂ fånga, ingenting finns för närvarande på en så liten skala, så det kan ta 10 år innan de har något klart för testning.

Den största utmaningen kan komma från att sätta ihop ett tvärvetenskapligt team för att genomföra forskningen. Komponenterna för enheten finns redan i någon form men kommer att behöva ett sammanhängande team av ingenjörer från olika specialiteter för att göra om dem för att fungera tillsammans i ett så trångt utrymme.

"Alla dessa oberoende idéer och tekniker har inget värde om de inte kan ansluta, "Barrufet sa." Vi behöver människor som är oroliga för framtiden för att få detta att hända snart, energiska studenter i petroleum, mekanisk, civil, jordbruks- och andra tekniska discipliner som kan gå över gränser och arbeta i synkronisering. "