Диоксид углерода — все про углекислый газ в нашей статье
Что такое диоксид углерода
Диоксид углерода известен в основном в своем газообразном состоянии, т.е. в качестве углекислого газа с простой химической формулой CO2. В таком виде он существует в нормальных условиях – при атмосферном давлении и «обычных» температурах. Но при повышенном давлении, свыше 5 850 кПа (таково, например, давление на морской глубине около 600 м), этот газ превращается в жидкость. А при сильном охлаждении (минус 78,5°С) он кристаллизуется и становится так называемым сухим льдом, который широко используется в торговле для хранения замороженных продуктов в рефрижераторах.
Жидкая углекислота и сухой лед получаются и применяются в человеческой деятельности, но эти формы неустойчивы и легко распадаются.
А вот газообразный диоксид углерода распространен повсюду: он выделяется в процессе дыхания животных и растений и является важной составляющей частью химического состава атмосферы и океана.
Свойства углекислого газа
Углекислый газ CO2 не имеет цвета и запаха. В обычных условиях он не имеет и вкуса. Однако при вдыхании высоких концентраций диоксида углерода можно почувствовать во рту кисловатый привкус, вызванный тем, что углекислый газ растворяется на слизистых и в слюне, образуя слабый раствор угольной кислоты.
Кстати, именно способность диоксида углерода растворяться в воде используется для изготовления газированных вод. Пузырьки лимонада – тот самый углекислый газ. Первый аппарат для насыщения воды CO2 был изобретен еще в 1770 г., а уже в 1783 г. предприимчивый швейцарец Якоб Швепп начал промышленное производство газировки (торговая марка Schweppes существует до сих пор).
Углекислый газ тяжелее воздуха в 1,5 раза, поэтому имеет тенденцию «оседать» в его нижних слоях, если помещение плохо вентилируется. Известен эффект «собачьей пещеры», где CO2 выделяется прямо из земли и накапливается на высоте около полуметра. Взрослый человек, попадая в такую пещеру, на высоте своего роста не ощущает избытка углекислого газа, а вот собаки оказываются прямо в густом слое диоксида углерода и подвергаются отравлению.
CO2 не поддерживает горение, поэтому его используют в огнетушителях и системах пожаротушения. Фокус с тушением горящей свечки содержимым якобы пустого стакана (а на самом деле — углекислым газом) основан именно на этом свойстве диоксида углерода.
Углекислый газ в природе: естественные источники
Углекислый газ в природе образуется из различных источников:
- Дыхание животных и растений. Каждому школьнику известно, что растения поглощают углекислый газ CO2 из воздуха и используют его в процессах фотосинтеза. Некоторые хозяйки пытаются обилием комнатных растений искупить недостатки приточной вентиляции. Однако растения не только поглощают, но и выделяют углекислый газ в отсутствие света – это часть процесса дыхания. Поэтому джунгли в плохо проветриваемой спальне – не очень хорошая идея: ночью уровень CO2 будет расти еще больше.
- Вулканическая деятельность. Диоксид углерода входит в состав вулканических газов. В местностях с высокой вулканической активностью CO2 может выделяться прямо из земли – из трещин и разломов, называемых мофетами.
Концентрация углекислого газа в долинах с мофетами столь высока, что многие мелкие животные, попав туда, умирают. - Разложение органических веществ. Углекислый газ образуется при горении и гниении органики. Объемные природные выбросы диоксида углерода сопутствуют лесным пожарам.
Концентрация углекислого газа в долинах с мофетами столь высока, что многие мелкие животные, попав туда, умирают.Углекислый газ «хранится» в природе в виде углеродных соединений в полезных ископаемых: угле, нефти, торфе, известняке. Гигантские запасы CO2 содержатся в растворенном виде в мировом океане.
Выброс углекислого газа из открытого водоема может привести к лимнологической катастрофе, как это случалось, например, в 1984 и 1986 гг. в озерах Манун и Ньос в Камеруне. Оба озера образовались на месте вулканических кратеров – ныне они потухли, однако в глубине вулканическая магма все еще выделяет углекислый газ, который поднимается к водам озер и растворяется в них. В результате ряда климатических и геологических процессов концентрация углекислоты в водах превысила критическое значение. В атмосферу было выброшено огромное количество углекислого газа, который наподобие лавины спустился по горным склонам.
Жертвами лимнологических катастроф на камерунских озерах стали около 1 800 человек.
Искусственные источники углекислого газа
Основными антропогенными источниками диоксида углерода являются:
- промышленные выбросы, связанные с процессами сгорания;
- автомобильный транспорт.
Несмотря на то, что доля экологичного транспорта в мире растет, подавляющая часть населения планеты еще не скоро будет иметь возможность (или желание) перейти на новые автомобили.
Активное сведение лесов в промышленных целях также ведет к повышению концентрации углекислого газа СО2 в воздухе.
Углекислый газ в организме человека
CO2 – один из конечных продуктов метаболизма (расщепления глюкозы и жиров). Он выделяется в тканях и переносится при помощи гемоглобина к легким, через которые выдыхается. В выдыхаемом человеком воздухе около 4,5% диоксида углерода (45 000 ppm) – в 60-110 раз больше, чем во вдыхаемом.
Углекислый газ играет большую роль в регуляции кровоснабжения и дыхания.
Повышение уровня CO2 в крови приводит к тому, что капилляры расширяются, пропуская большее количество крови, которое доставляет к тканям кислород и выводит углекислоту.
Дыхательная система тоже стимулируется повышением содержания углекислого газа, а не нехваткой кислорода, как может показаться. В действительности нехватка кислорода долго не ощущается организмом и вполне возможна ситуация, когда в разреженном воздухе человек потеряет сознание раньше, чем почувствует нехватку воздуха. Стимулирующее свойство CO2 используется в аппаратах искусственного дыхания: там углекислый газ подмешивается к кислороду, чтобы «запустить» дыхательную систему.
Углекислый газ и мы: чем опасен СO2
Углекислый газ необходим человеческому организму так же, как кислород. Но так же, как с кислородом, переизбыток углекислого газа вредит нашему самочувствию.
Большая концентрация CO2 в воздухе приводит к интоксикации организма и вызывает состояние гиперкапнии. При гиперкапнии человек испытывает трудности с дыханием, тошноту, головную боль и может даже потерять сознание.
Если содержание углекислого газа не снижается, то далее наступает черед гипоксии – кислородного голодания. Дело в том, что и углекислый газ, и кислород перемещаются по организму на одном и том же «транспорте» – гемоглобине. В норме они «путешествуют» вместе, прикрепляясь к разным местам молекулы гемоглобина. Однако повышенная концентрация углекислого газа в крови понижает способность кислорода связываться с гемоглобином. Количество кислорода в крови уменьшается и наступает гипоксия.
Такие нездоровые для организма последствия наступают при вдыхании воздуха с содержанием CO2 больше 5 000 ppm (таким может быть воздух в шахтах, например). Справедливости ради, в обычной жизни мы практически не сталкиваемся с таким воздухом. Однако и намного меньшая концентрация диоксида углерода отражается на здоровье не лучшим образом.
Согласно выводам некоторых исследований, уже 1 000 ppm CO2 вызывает у половины испытуемых утомление и головную боль. Духоту и дискомфорт многие люди начинают ощущать еще раньше.
При дальнейшем повышении концентрации углекислого газа до 1 500 – 2 500 ppm критически снижается работоспособность, мозг «ленится» проявлять инициативу, обрабатывать информацию и принимать решения.
И если уровень 5 000 ppm почти невозможен в повседневной жизни, то 1 000 и даже 2 500 ppm легко могут быть частью реальности современного человека. Наш эксперимент в школе показал, что в редко проветриваемых школьных классах уровень CO2 значительную часть времени держится на отметке выше 1 500 ppm, а иногда подскакивает выше 2 000 ppm. Есть все основания предполагать, что во многих офисах и даже квартирах ситуация похожая.
Безопасным для самочувствия человека уровнем углекислого газа физиологи считают 800 ppm.
Еще одно исследование обнаружило связь между уровнем CO2 и окислительным стрессом: чем выше уровень диоксида углерода, тем больше мы страдаем от окислительного стресса, который разрушает клетки нашего организма.
Углекислый газ в атмосфере Земли
В атмосфере нашей планеты всего около 0,04% CO2 (это приблизительно 400 ppm), а совсем недавно было и того меньше: отметку в 400 ppm углекислый газ перешагнул только осенью 2016 года.
Ученые связывают рост уровня CO2 в атмосфере с индустриализацией: в середине XVIII века, накануне промышленного переворота, он составлял всего около 270 ppm.
Несмотря на такое ничтожное процентное содержание диоксида углерода в атмосфере, он оказывает огромное влияние на климат планеты. Углекислый газ – один из парниковых газов. Он поглощает и удерживает инфракрасное излучение с поверхности Земли, что в конечном итоге способствует повышению температуры на планете. Этот процесс называется парниковым эффектом. Без парникового эффекта температура на земном шаре была бы примерно на 30°С ниже.
Атмосфера Венеры на 96,5% состоит из углекислого газа, и, по-видимому, тоже подвержена парниковому эффекту. Из-за него Венера является самой жаркой планетой Солнечной системы, она горячее даже ближайшего к Солнцу Меркурия. Температура на Венере около 464°С – этого хватит, чтобы расплавить свинец и олово.
Рост уровня СО2 в атмосфере Земли ведет к усилению парникового эффекта, а тот, в свою очередь – к необратимым изменениям климата.
Уже сейчас можно наблюдать таяние ледников. Например, знаменитая снежная шапка Килиманджаро уменьшилась за последние 100 лет на 80%.
Заключение
Что и говорить, без углекислого газа наш мир был бы совершенно другим. Он участвует в важнейших химических, биологических, климатических и геологических процессах на Земле. И чем больше мы о них знаем, тем проще нам принимать важные решения: выбирать образ жизни и создавать свою среду – свой здоровый и комфортный микроклимат.
Углекислый газ — источник чистой энергии?
AFPУглекислый газ считается одной из основных причин глобального потепления. Но мало кто догадывается, что его можно использовать еще и для производства энергии. Две швейцарских фирмы взялись разработать соответствующие технологии.
Этот контент был опубликован 11 апреля 2014 года — 11:00Скотт Каппер (Scott Capper), swissinfo.
ch
Углекислый газ в настоящее время является газом с самой плохой репутацией, хотя без него Земля давно бы превратилась в космический холодильник, растеряв все свое тепло. Однако то, что миллионы лет назад способствовало появлению и развитию жизни, сегодня угрожает поставить на этой жизни крест.
Речь идет о техногенной углекислоте, которая является парниковым газом и грозит катастрофическим повышением средней температуры на планете. Однако ничто в природе нельзя назвать однозначно вредным или полезным. Это касается и углекислоты. Невероятно, но факт: углекислый газ или двуокись углерода можно использовать для производства энергии, не отягощая при этом атмосферу вредными выбросами, а, напротив, очищая наш воздух от ненужных примесей.
Две швейцарских компании в настоящее время разрабатывают технологии, которые позволят в будущем использовать СО2 для получения дешевой и чистой энергии. Один из этих научных проектов, финансируемый из частных источников, намерен, упрощенно говоря, очищать воздух от CO2 при помощи своего рода гигантского пылесоса.
Другой проект, финансируемый из общественных бюджетов, разрабатывает технологию получения из углекислоты метана при помощи минералов цеолитной группы.
Первым проектом в течение последних пяти лет занимается расположенная в Цюрихе компания «Climeworks», являющаяся венчурным проектом Высшей технической школы Цюриха. Эта компания намерена разработать технологию, которая позволяла бы на постоянной основе извлекать атмосферный CO2, который затем можно было бы использовать для производства синтетического топлива или применять для других целей.
Эта компания собирается аккумулировать углекислый газ путем пропускания воздуха через специально обработанный целлюлозный фильтр, расположенной внутри своего рода большого пылесоса. После того, как этот фильтр до предела насыщается углекислотой, он нагревается при помощи энергии, полученной на основе биогаза или из другого возобновляемого источника энергии, за счет чего ученые получают в свое распоряжение исключительно «чистый» углекислый газ.
«Мы стремимся, если говорить на научном жаргоне, декарбонизировать транспортный сектор, на долю которого приходится самый большой процент общих выбросов СО2», — говорит Кристоф Гебальд (Christoph Gebald), один из основателей компании «Climeworks».
Партнерство с «Ауди»
По данным Межправительственной группы экспертов ООН по изменению климата, антропогенное (техногенное) изменение климата на 3,5% обусловлено воздействием на атмосферу авиации. А всего на сектор мирового транспорта приходятся 13% от общей «вины» за глобальное потепление.
Сейчас в мире идет гонка научных и технологических проектов, с помощью которых можно было бы снизить вредное воздействие транспорта на атмосферу. Компания «Climeworks», например, разработала технологию «прямого захвата и очистки воздуха» («Direct air capture» — «DAC»), при помощи которой, фильтруя около двух миллионов кубических метров воздуха в год, можно получать до одной тонны углекислого газа.
Результат первых тестов был настолько интересным, что свое внимание на данную технологию обратил немецкий автогигант «Audi».
«То, что им нужно, это устойчивый источник углекислого газа», — отмечает К. Гебальд, — «Он может быть либо биогенным, либо атмосферным». Однако, как считает молодой предприниматель, биогенные источники углекислоты, работающие на основе сжигания или разложения биоматериала, не могут в достаточной степени удовлетворить потребности компании «Ауди».
Поэтому принято решение построить в ближайшем будущем тестовую установку на основе технологии «прямого захвата и очистки воздуха», которая должна выявить производственный потенциал данного способа добычи углекислоты. И если этот потенциал окажется достаточно большим, то эту технологию концерн «Audi» может использовать для массового производства синтетического топлива. Кроме того, возможно, ее можно будет применять и в других сферах.
Многое зависит от того, насколько успешно будет в будущем развиваться компания «Climeworks». Перспективы вырисовываются неплохие. Фирма уже сейчас является одним из 11-ти финалистов конкурса «Virgin Earth Challenge», состязания с призовым фондом в 25 млн. долларов. Цель конкурса — выявить технологии, которые могут обеспечить «разработку экологически устойчивого и экономически рентабельного метода удаления парниковых газов из земной атмосферы».
Проблемы и задачи
Извлечение и накопление углекислого газа является лишь одним из ряда шагов в процессе производства синтетического топлива. В теории еще одним источником энергии может стать метан, добывать который относительно просто, в частности, на основе смеси водорода с диоксидом углерода.
Данная смесь получает импульс от внешнего — в идеале возобновляемого — источника энергии, в результате чего запускается реакция, названная по имени французского химика и нобелевского лауреата Поля Сабатье́ (Paul Sabatier, 1854 — 1941), открывшего её в начале 20 века.
Итогом реакции становится метан плюс вода в качестве побочного продукта.
Основная проблема заключается в том, чтобы сделать данный процесс экономически рентабельным. Не менее сложна и процедура отделения молекул воды от молекул метана. Добавление катализатора, элемента, который ускоряет процесс, могло бы помочь преодолеть некоторые сложности. Однако данный подход таит в себе риск выделения угарного газа (СО) и получения совершенно недостаточных итоговых объемов метана.
Решением этих и иных проблем занимаются недалеко от Цюриха ученые швейцарского федерального «Научного Института проблем контроля и сопротивления материалов» («Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt» — «EMPA»). Они разработали метод абсорбирования углекислоты с последующим превращением ее в микропористые минералы группы цеолитов.
«Обогащенные никелем цеолиты способны абсорбировать получаемую в результате реакции Сабатье воду. Хорошо то, что угарный газ почти не выделяется, при этом в результате мы получаем как раз искомый метан», — рассказывает Андреас Боргшульте (Andreas Borgschulte), ученый и руководитель проекта.
Технология эта пока далека от совершенства.
«Основной вопрос сейчас заключается в поиске методов, при помощи которых данный процесс будет работать и при низких температурах. Проблема состоит также в том, что объем воды, который цеолит способен абсорбировать, пока ограничен, а поэтому нам приходится искать способы „сушки“ этих минералов, их „регенерации“. Так что мы продолжаем наши эксперименты», — поясняет ученый.
Главные сложности впереди
По словам Андреаса Боргшульте, здесь возникают не только химические, но и технические сложности, например, следует определить, какой должна быть конструкция реактора, внутри которого будет проходить реакция Сабатье, и как следует организовать отвод и накопление значительных объемов метана и энергии, не говоря уже о вопросах финансирования.
Еще одна проблема заключается в том, чтобы свести к нулю негативное воздействие данной технологии на атмосферу, а это значит, что требуемая для ее функционирования углекислота должна добываться на основе переработки биомассы, а не в результате сжигания минерального топлива.
«Цены на газ сейчас очень низкие, так что нам пока трудно с ним конкурировать», — замечает Боргшульте. «Синтетический газ все еще дороже естественного в пять раз». Накладные расходы являются проблемой и для фирмы «Climeworks». По данным цюрихской Высшей технической школы (ЕТН) добывание CO2 из воздуха стоит сейчас до 600 франков за тонну, но эта фирма надеется в ближайшие годы сократить расходы до 100 франков за тонну, что сделает процесс более или менее рентабельным.
Разрабатываемая компанией «Climeworks» технология как раз и двигается именно в этом направлении. Она исходит из того, что тепловая энергия, необходимая в рамках данного метода для абсорбирования углекислого газа, эквивалентна температуре, не превышающей 100 градусов Цельсия, тогда как другие технологии и системы требуют куда больше энергии, эквивалентной температуре в 300 градусов.
Впрочем, все эти технологии, даже будучи «доведенными до ума» и нашедшими самое широкое применение, все равно проблему глобального потепления решить не смогут.
«Эти технологии — не панацея и не палочка-выручалочка. Они должны быть важной, но только частью глобальной средне- и долгосрочной программы действий по предотвращению потепления. Разработка такой программы, на мой взгляд, куда важнее», — указывает К. Гебальд.
Неоднозначная углекислота
Углекислый газ (СО2) играет важную роль в формировании климата и определении температуры на земной поверхности. Этот газ является неотъемлемой частью так называемого «геохимического цикла углерода» — комплекса процессов, в ходе которых происходит перенос углерода между различными геохимическими резервуарами. В истории Земли углеродный цикл менялся весьма значительно, причем имели место как медленные постепенные изменения, так и резкие катастрофические события. Важнейшую роль в круговороте углерода играют живые организмы. В различных формах углерод присутствует во всех оболочках Земли.
Геохимический цикл углерода всегда происходит через атмосферу и гидросферу.
Тем самым, даже самые глубинные процессы могут влиять на окружающую среду и биосферу. Сегодня, однако, велики опасения, что из-за поступления техногенной углекислоты в атмосферу, в результате чего ее доля в ней увеличилась на 31% по сравнению с доиндустриальной эпохой, может наступить катастрофическое глобальное потепление. Углекислый газ является не единственным парниковым газом. Метан и оксид азота так же создают парниковый эффект, а вот угарный газ такого влияния не оказывает.
Цеолиты — большая группа близких по составу и свойствам минералов, водные алюмосиликаты кальция и натрия из подкласса каркасных силикатов, со стеклянным или перламутровым блеском, известных своей способностью отдавать и вновь поглощать воду в зависимости от температуры и влажности. Другим важным свойством цеолитов является способность к ионному обмену — они способны селективно выделять и вновь впитывать различные вещества, а также обменивать катионы. Наиболее распространённые представители группы цеолитов — натролит, шабазит, гейландит, стильбит (десмин), морденит, томсонит, ломонтит.
Показать больше
В соответствии со стандартами JTI
Показать больше: Сертификат по нормам JTI для портала SWI swissinfo.ch
Показать больше
Химики искусственно воспроизвели ключевые элементы фотосинтеза
https://ria.ru/20110929/446237635.html
Химики искусственно воспроизвели ключевые элементы фотосинтеза
Химики искусственно воспроизвели ключевые элементы фотосинтеза — РИА Новости, 29.09.2011
Химики искусственно воспроизвели ключевые элементы фотосинтеза
Две группы американских химиков смогли повторить два ключевых элемента процесса фотосинтеза у зеленых растений — разложение молекул углекислого газа и воды при помощи энергии света, используя недорогие и легко доступные катализаторы и солнечные батареи, говорится в двух статьях, опубликованных в журнале Science.
2011-09-29T22:18
2011-09-29T22:18
2011-09-29T22:18
/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content
/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content
https://cdnn21.
img.ria.ru/images/sharing/article/446237635.jpg?1317320311
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
2011
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
Новости
ru-RU
https://ria.ru/docs/about/copyright.html
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
РИА Новости
1
5
4.
7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
МОСКВА, 29 сен — РИА Новости. Две группы американских химиков смогли повторить два ключевых элемента процесса фотосинтеза у зеленых растений — разложение молекул углекислого газа и воды при помощи энергии света, используя недорогие и легко доступные катализаторы и солнечные батареи, говорится в двух статьях, опубликованных в журнале Science.
Многие химические реакции происходят только при благоприятных условиях — к примеру, в присутствии набора катализаторов или при постоянном притоке энергии. В частности, зеленые растения используют молекулы хлорофилла для поглощения энергии Солнца и преобразования ее в свободные электроны, которые в свою очередь расходуются на расщепление молекул воды и углекислого газа.
Ричард Мазель (Richard Masel) и его коллеги из исследовательской лаборатории Dioxide Materials в городе Шампэйн (штат Иллинойс) воспроизвели одну половину этого процесса — разложение молекулы углекислого газа.
Молекулу СО2 крайне сложно разложить при помощи электрического тока — оба атома кислорода прочно связаны с углеродом, и для отрыва хотя бы одного из них нужно много электричества. Из-за этого такая реакция крайне невыгодна с экономической точки зрения.
Мазель и его коллеги смогли умерить «аппетиты» молекулы CO2 при помощи специального катализатора — электролита из смеси соединений имидазола и тетрафторида бора. Эта соединение относится к классу так называемых ионных жидкостей — по сути «обычных» солей, температура плавления которых ниже комнатной.
Ученые собрали реактор из закрытой колбы, двух электродов — серебряного катода и платинового анода, и электролита, через который пропускался углекислый газ. В первых экспериментах платиновый электрод быстро портился из-за взаимодействия с молекулами углекислого газа, поэтому ученые обернули его в пленку из нафиона — полимера, который пропускает положительно заряженные катионы и не пропускает все остальное — нейтральные молекулы воды или отрицательно заряженные анионы.
«Рабочая» версия реактора Мазеля и его коллег вырабатывала только три типа газов — водород и угарный газ (СО) на катионе и кислород на анионе. Эффективность работы этого устройства — то есть доля электричества, которая была потрачена на расщепление углекислого газа — составляла 96% и она не уменьшалась с течением времени, что говорит о низком расходе катализатора.
С другой стороны, текущая производительность этой системы остается достаточно низкой, что мешает использовать ее в промышленных масштабах.
Другая группа ученых под руководством Томаса Ярви (Thomas Jarvi) из лаборатории Sun Catalytix в Кэмбридже (США) реализовала вторую половину искусственного фотосинтеза — расщепление воды на кислород и водород при помощи энергии света.
Ярви и его коллеги собрали специальную солнечную панель, которая повторяет в себе «водную» часть фотосинтезирующих структур. Полупроводниковая часть этого устройства «собирает» энергию Солнца и выделяет электроны, которые подхватываются молекулами «умного» катализатора из оксида кобальта и бора.
Это вещество переносит электроны к молекуле воды и заставляет атомы кислорода отделиться от нее и образовать молекулу нейтрального газа. Для отделения молекул водорода ученые использовали еще один катализатор — тонкую сетку из сплава никеля, цинка и молибдена.
Ученые испытали работу своего устройства, осветив ее при помощи лампы мощностью в 1 киловатт на квадратный метр, что составляет примерно 1,5 светимости Солнца. Солнечная панель поглощала примерно 8% света и использовала 85% полученной энергии — примерно 5% от мощности прожектора — на расщепление воды. По современным оценкам, растения поглощают около 1-2% солнечного света — иначе говоря, батарея Ярви и его коллег оказалась эффективнее природных.
Химики полагают, что их изобретение станет первым шагом на пути создания дешевых и компактных систем преобразования солнечной энергии в водород и кислород.
Эффективное каталитическое разложение CO2 на CO и O2 на Pd/оксидном катализаторе со смешанной проводимостью в реакторе с кислородопроницаемой мембраной
.
дои: 10.1021/es702913f.
Ванцин Джин 1 , Чунь Чжан, Сяньфэн Чанг, Ицюнь Фань, Вэйхун Син, Наньпин Сюй
Принадлежности
принадлежность
- 1 Государственная ключевая лаборатория химической инженерии материалов, Центр исследования мембранных наук и технологий, Нанкинский технологический университет, 5 Xinmofan Road, Нанкин 210009, КНР. [email protected]
- PMID: 18497167
- DOI: 10.1021/es702913f
Ванцин Джин и др.
Технологии экологических наук.
.
. 2008 г., 15 апреля; 42(8):3064-8.
дои: 10.1021/es702913f.
Авторы
Ванцин Джин 1 , Чунь Чжан, Сяньфэн Чанг, Ицюнь Фань, Вэйхун Син, Наньпин Сюй
принадлежность
- 1 Государственная ключевая лаборатория химической инженерии материалов, Центр исследований мембранных наук и технологий, Нанкинский технологический университет, 5 Xinmofan Road, Нанкин 210009, КНР. [email protected]
- PMID: 18497167
- DOI:
10. 1021/es702913f
1021/es702913fАбстрактный
Термическое разложение CO2 на CO и O2 является потенциальным путем потребления и утилизации CO2. Однако эта реакция ограничена как термодинамическим равновесием, так и кинетическим барьером. В этом исследовании мы сообщили об инновационном каталитическом процессе разложения CO2 в реакторе с проницаемой для кислорода мембраной, заполненном катализатором из благородного металла на основе оксида со смешанной проводимостью или Pd/SrCo0,4Fe0,5Zr0,1O3-дельта (Pd/SCFZ). который обладает высокой активностью в разложении СО2 на СО и О2. Катализатор Pd/SCFZ готовили путем предварительной пропитки порошков SCFZ водным раствором PdCl2, а свойство сорбции/десорбции CO2 исследовали in situ с помощью технологий инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье и температурно-программируемой десорбционно-масс-спектрометрии. Показано, что на поверхности катализатора Pd/SCFZ, образовавшегося после разложения СО2, появляются типичные для мостиковых карбонилов (Pd-CO).
Похожие статьи
Окислительный СО2-риформинг метана в реакторе с половолоконной мембраной La0,6Sr0,4Co0,8Ga0,2O3-δ (LSCG).
Катирасер Ю., Ван З., Кави С. Катирасер Ю. и др. Технологии экологических наук. 2013 17 декабря; 47 (24): 14510-7. дои: 10.1021/es403158k. Epub 2013 2 декабря. Технологии экологических наук. 2013. PMID: 24274713
Влияние промотора на каталитическую активность высокоэффективных катализаторов Pd/PATP.
Хан В., Чжан П., Пан Х, Тан З., Лу Г. Хан В. и др. Джей Хазард Матер. 2013 г., 15 декабря; 263, часть 2: 299–306. doi: 10.1016/j.jhazmat.2013.10.044. Epub 2013 28 октября. Джей Хазард Матер. 2013. PMID: 24225591
Каталитическое удаление монооксида углерода на палладиевом катализаторе, нанесенном на уголь.
Шривастава А.К., Саксена А., Шах Д., Махато Т.Х., Сингх Б., Шривастава А.Р., Гатч П.К., Шинде К.П. Шривастава А.К. и соавт. Джей Хазард Матер. 2012 30 ноября; 241-242:463-71. doi: 10.1016/j.jhazmat.2012.10.001. Epub 2012 8 октября. Джей Хазард Матер. 2012. PMID: 23083941
Обзор катализаторов, используемых при восстановлении NO CO для очистки газов.
Сюй З., Ли И., Линь Ю.
, Чжу Т.
Сюй Зи и др.
Environ Sci Pollut Res Int. 2020 март; 27 (7): 6723-6748. дои: 10.1007/s11356-019-07469-в. Epub 2020 14 января.
Environ Sci Pollut Res Int. 2020.
PMID: 31939011
Обзор.Воздействие структур катализатора на CO 2 Активация на поверхности катализатора.
Этим У.Дж., Чжан С., Чжун З. Этим У.Дж. и др. Наноматериалы (Базель). 2021 30 ноября; 11 (12): 3265. doi: 10.3390/nano11123265. Наноматериалы (Базель). 2021. PMID: 34947613 Бесплатная статья ЧВК. Обзор.
, Чжу Т.
Сюй Зи и др.
Environ Sci Pollut Res Int. 2020 март; 27 (7): 6723-6748. дои: 10.1007/s11356-019-07469-в. Epub 2020 14 января.
Environ Sci Pollut Res Int. 2020.
PMID: 31939011
Обзор.Посмотреть все похожие статьи
Цитируется
Synthesis and Characterization of 40 wt % Ce 0.9 Pr 0.1 O 2- δ -60 wt % Nd x Sr 1- x Fe 0.
9 Cu 0.1 O 3- δ Двухфазные мембраны для эффективного разделения кислорода.Чен Г., Чжао З., Виденмейер М., Ян Р., Ван Л., Фельдхофф А., Вайденкафф А. Чен Г и др. Мембраны (Базель). 2020 12 августа; 10 (8): 183. doi: 10.3390/мембраны10080183. Мембраны (Базель). 2020. PMID: 32806656 Бесплатная статья ЧВК.
Солнечное термохимическое разделение CO 2 и In situ Разделение CO и O 2 в окислительно-восстановительном мембранном реакторе Ceria.
Тоу М., Михальский Р., Стейнфельд А. Тоу М и др. Джоуль. 6 сентября 2017 г .; 1 (1): 146–154. doi: 10.1016/j.joule.2017.07.015. Джоуль. 2017. PMID: 268 Бесплатная статья ЧВК.
9 Cu 0.1 O 3- δ Двухфазные мембраны для эффективного разделения кислорода.Типы публикаций
термины MeSH
вещества
Рисунок 1 . Прямоугольная и стрелочная диаграмма земного углеродного цикла. |
Растения получают воду и питательные вещества из почвы, и именно присущие почве характеристики в сочетании с факторами окружающей среды определяют ее плодородие. Почвы представляют собой сложные и динамичные экосистемы с сообществами организмов. Как и все экосистемы, они имеют пищевую сеть, которая может включать бактерии, грибы, водоросли, протистов, насекомых, червей, корни растений и роющих животных. Почвы также выполняют важные экосистемные функции, такие как хранение и фильтрация воды и, что, возможно, наиболее важно, разложение.
В северных лиственных лесах, например, около 85 % азота дерева поступает в результате разложения (Борманн и Лайкенс 19).79). Таким образом, если разложению леса препятствуют засуха, кислотные дожди или какой-либо другой стресс, растительность может испытывать дефицит питательных веществ.
Обратите внимание, что выброс CO 2 представляет собой перемещение CO 2 из почвы в атмосферу, тогда как разложение и корневое дыхание представляют собой процессы, в результате которых в почве образуется CO 2 (рис. 2). 
Поскольку разложение является ферментативным биологическим процессом, осуществляемым бактериями и грибами, он очень чувствителен к температуре. В большинстве почв скорость разложения достигает пика примерно при 25°C и снижается по мере отклонения температуры от этого максимума. Влажность почвы также влияет на активность микроорганизмов. Очень сухие или очень влажные (затопленные) условия, как правило, снижают скорость разложения (Hanson et al. 19).93). История кислотных отложений также может снизить pH почвы, тем самым ингибируя разлагающие вещества.
Эмиссия 0091 2 (рис. 2).
Эти молекулы воды остаются временно адсорбированными (адсорбентами) натронной извести, но могут испаряться при температурах кипения.
Вы должны иметь возможность разместить камеру диаметром 18 см (7,1 дюйма) на земле, где нет живых растений и больших камней. В зависимости от вашего экспериментального вопроса вам могут понадобиться два контрастных участка, например, участок с хвойными деревьями и участок с лиственными деревьями, северный склон и южный склон или сухой и влажный.
Вынимайте банки из эксикатора по одной, взвешивайте с точностью до миллиграмма (0,001 г) или десятых миллиграммов (0,0001 г) и немедленно накрывайте. Запишите массу как начальную массу в Таблице 1.
Покажите его своему инструктору для утверждения, прежде чем продолжить. В качестве домашнего задания напечатайте ответы на вопросы в раздаточном материале.
Убедитесь, что он не может опрокинуться.
Вы можете измерить любой или все из следующих параметров. У вашего инструктора могут быть дополнительные параметры для измерения. Щелкните здесь для получения инструкций по измерению этих переменных.
Щелкните здесь, чтобы ознакомиться с пошаговой процедурой.
Оправдались ли ваши прогнозы? Если нет, то почему? Какие еще прогнозы сделали эксперты? Некоторые поисковые фразы, которые помогут вам в поиске: CO 9 в почве0091 2 , выбросы CO 2 , дыхание почвы, глобальное потепление почвенного углерода, тундровые почвы, положительная обратная связь глобального потепления, температура дыхания почвы, температура разложения.
Экология 79 :1467-1468.
План эксперимента будет использоваться для оценки вашей способности правильно использовать научный метод для ответа на вопрос. Лабораторный отчет будет использоваться для проверки вашего понимания принципов дыхания почвы и вашей способности общаться в письменной форме в надлежащем научном формате.
Термическое разложение CO2 ядерным теплом
Много усилия должны и будут направлены на борьбу с изменением климата. Однако мы можем напрямую воздействовать на первопричину этого, уменьшая количество выделяемого нами CO2. в атмосферу.
Мы можем заручиться помощью
сверхвысокотемпературных ядерных реакторов, чтобы сделать это быстро и эффективно.
Изменение климата вызвано парниковыми газами, основным из которых является CO2. Наши развивающиеся экономики используют много энергии, и основным ее источником являются дешевые ископаемые виды топлива: нефть, газ, уголь.
| Пекинский смог. |
Больше CO2 означает, что больше тепла задерживается в атмосфере, приводит к повышению средней глобальной температуры. Больше тепла также означает больше экстремальные погодные условия и более быстрые перепады температуры и влажности, в то время как CO2 реакция молекулы с морской водой вызывает закисление океана и уменьшение его способность поглощать СО2.
Наша немедленная реакция на ухудшение
климатические условия, чтобы сжигать больше топлива. Кондиционер потребляет треть пиковой мощности в городах США и
количество домов с кондиционерами увеличивается на десятки миллионов каждый год
год.
Менее развитые страны, которые борются с неопределенностью в отношении погодных катаклизмов
и урожайность удвоится на самом безопасном источнике энергии в настоящее время
доступный.
| Кратковременное облегчение, длительная боль. |
Альтернативная энергетика источники, такие как возобновляемая энергия или ядерная энергия, имеют свои собственные проблемы. Солнечные батареи и ветряные мельницы должны сочетаться с дорогими накопителями энергии решения, если они должны покрывать потребности электросети. Ядерный реакторы были разработаны до такой степени, что они являются самыми безопасными и чистыми и наиболее эффективный вариант, но только горстка дальновидных стран строят реакторы нового поколения, а другим отказывают в них за политические причины. Как тогда победить самоподдерживающийся цикл потребления ископаемого топлива, который приводит к ухудшению климатические условия?
Цели CO2 по сравнению с CO2 в качестве цели
Наказание было принято
предложены для сокращения выбросов CO2.
Углеродные налоги, углеродные квоты, углеродные
ограничения… они имеют разные результаты и могут быть реально отягощены только
крупнейших экономик мира. Небольшие экономики не могут позволить себе препятствовать их
рост и развитие, особенно учитывая, что они вносят лишь незначительный вклад
до CO2 в мире.
| Автомобили Tesla имеют очень хорошие воздушные фильтры, но стоят в 3-5 раз больше годовой китайской заработной платы. |
Более того, ни одна страна, большая или маленькая, не имеет бюджета для перейти к полностью безуглеродной экономике в течение следующего столетия. Представить каждую семью просят купить новый электромобиль, каждый самолет приходится загружать на синтетическом топливе, все заводы снесены, чтобы заменить их электрическими машины.
Возможно, вы захотите
и в состоянии себе это позволить. Самые богатые компании в мире могут иметь бюджет
для этого… но половина населения мира живет на 2,50 доллара в день.
И даже если все это
выполнено, это не избавило бы нас от ущерба, уже нанесенного
Окружающая среда.
За исключением случаев радикального изменения экономические структуры и политические мотивы возникают во всем мире, контролируя нельзя полагаться на выброс CO2. Вместо этого мы можем взять CO2 вне атмосферы.
Это было предложено много раз и демонстрировалось на нескольких площадках и в разных масштабах.
Для большинства решений требуется большое количество драгоценных металлов, которые служат катализаторами, потребляют щелочные металлы или просто попытаться спрятать его в подземных камерах. Это, очевидно, не в состоянии иметь дело с 40+ 93 для хранения CO2 под землей.
Кроме того, с помощью сетки
мощность для улавливания CO2 является очень дорогим вариантом. Мы полагаемся на дешевую электроэнергию
для управления нашей мировой экономикой и повышения цен до + 75%
только подтолкнет более слабые экономики к сжиганию самого дешевого источника энергии для получения энергии.
2
в среднем в течение дня. Этого как раз достаточно, чтобы убрать 7 килограммов в день.
СО2 из воздуха, если принять стоимость улавливания энергии равной 370,8
кДж/кг. Не для решения проблемы углерода, а просто для его сдерживания.
| Солнечная тепловая энергия более эффективна, но все еще недостаточна. |
Атомная энергия может прийти в спасение.
Термическое разложение
Если реактор выходит из строя, он выходит из строя эффектно. 
Мы знаем, что
сами галечные твэлы выдерживают более 2800К.
Не исключено создание активной зоны ядерного реактора.
который работает при этих температурах.
Кислород
не хочет отпускать свои атомы водорода из-за своей электроотрицательности, что означает
что требуется много электроэнергии, но задача становится намного
легче делать при температурах свыше 2500К.
На каждый моль СО2, полностью разложившегося, требуется до 530 кДж. Этот
соответствует 12 МДж на кг CO2, который разлагается.
Мы не
беспокоит уран, вылетающий из сопла, и нам не нужно передавать тепло
быстро в топливо. Мы также получаем запас температуры 488K, на который можно опереться.
угарный газ или загрязняющие оксиды азота. 
Углерод должен конденсироваться при этих более низких температурах и выпадать из газа.
течь как пыль. Для безопасности и эффективности мы будем использовать десятикратное расширение, в
в дополнение к промывке выхлопных газов холодным воздухом и использованию масляного спрея для
отделить угольную пыль от кислорода.
Это «замораживает» их
прежде чем у них появится возможность химически реагировать и рекомбинировать в углерод
диоксид.
Масло защитит углерод
от атаки молекулами кислорода и облегчает извлечение угольной пыли из
вытяжной камере, так как пыль обычно не попадает в трубы.
1 ГВт ядерного тепла
будет удалять 3790 тонн CO2 в день. Это может быть выход реактора
сердцевина, которая помещается на кузове грузовика.
