Как превратить углекислый газ в топливо?

С каждым годом газы, выделяемые различными заводами, фабриками, да и просто автомобилями все больше загрязняют атмосферу нашей планеты. Для борьбы с вредными выбросами предприятия используют разнообразные фильтры, ведутся разработки электромобилей и придумываются безотходные технологии производства. Но что, если вредные газы можно использовать для производства топлива?

Точно так же рассудили и ученые из Калифорнийского университета в Беркли. Как сообщает издание Science Advances, группе исследователей удалось создать губчатый никель-органический фотокатализатор. Материал собирает углекислый газ из атмосферы и превращает его в монооксид углерода, из которого уже можно получить водородное топливо. Более того, в качестве источника энергии для запуска каскада реакций используется энергия солнечного света. Как сообщил автор исследования Хаймэй Чжэн,

«Активируемый светом материал создаст ценное топливо, превратив углекислый газ в монооксид углерода, а также поможет в борьбе с глобальным потеплением, уменьшив содержание углекислого газа в атмосфере. Наша технология производит почти 100% чистый монооксид углерода без каких-либо примесей вроде водорода и метана. Это очень важно. Ранее ученым не удавалось полностью “избавиться” от водорода при фотокаталитическом преобразовании углекислого газа».

В ходе испытания новой технологии исследователи определили, что в камере, заполненной углекислым газом, через час при комнатной температуре 1 грамм никель-органического фотокатализатора произвел 400 миллилитров монооксида углерода. Как заявляют ученые, свойства нового вещества позволяют впитывать ядовитые газы, перерабатывать их, а также использовать в качестве резервуара для хранения водородного топлива.

Топливо из углекислого газа

Экология потребления.Наука и техника:В ходе исследования, проведенного Аргоннской национальной лабораторией и Иллинойсским университетом, был создан прототип устройства преобразовывающего углекислый газ в топливо с помощью энергии солнечных лучей.

Чтобы сделать из углекислого газа то, что может стать топливом, автор исследования Ларри Кертисс и его коллеги приступили к поиску катализатора — соединения, которое может увеличить химическую активность двуокиси углерода.

Для преобразования углекислого газа из атмосферы в сахара растения используют органические катализаторы — ферменты; исследователи использовали диселенид вольфрама в форме наноразмерных чешуек, что максимизирует площадь поверхности и увеличивает его химическую активность.

Растения используют свои катализаторы для производства сахара, а исследователи из Аргоннской национальной лаборатории пока добились лишь преобразования диоксида углерода в монооксид углерода. Окись углерода (угарный газ) — яд, он тоже является парниковым газом, но уже гораздо более реакционноспособен, чем двуокись углерода. Есть способы преобразования окиси углерода в соединения, которые могут служить топливом, например, в метанол.

Помимо применения метанола в качестве альтернативы бензину существует технология создания на его базе угольной суспензии, распространённой в США под коммерческим названием «метакол» (methacoal). Такое топливо предлагается как альтернатива мазуту, который используют для отопления зданий (топочный мазут). Эта суспензия, в отличие от водоуглеродного топлива, не требует специальных котлов и более энергоёмко. С экологической точки зрения такое топливо имеет меньший «углеродный след», чем традиционные варианты синтетического топлива, получаемого из угля с использованием процессов, где часть угля сжигается во время производства жидкого топлива.

Хотя разработанная американскими исследователями реакция для превращения углекислого газа в окись углерода отличается от того, что встречается в природе, она требует тех же основных условий, что и фотосинтез. Исследовательской группе удалось создать «искусственный лист», в котором может происходить весь путь реакции от CO2 до CO.

Мы сжигаем очень много различных видов углеводородов — уголь, нефть или бензин — разработка экономичного способа сделать химическое топливо «многоразовым» с помощью солнечного света может оказать большое влияние на ситуацию, — отмечает Питер Запол, ещё один автор работы.

Исследование показало, что продемонстрированная реакция происходит с минимальными потерями энергии. Катализатор, диселенид вольфрама, тоже оказался сравнительно долговечным, он работает более чем 100 часов — высокий результат для подобного рода катализаторов. опубликовано econet.ru

Понравилась статья? Напишите свое мнение в комментариях.
Подпишитесь на наш ФБ:

Химики нашли способ превратить СО2 в топливо

Экология потребления.Технологии:Чтобы получить энергию, как правило, необходимо что-нибудь сжечь: обычные автомобили сжигают топливо в двигателях внутреннего сгорания, электромобили заряжают свои батареи от электричества, поступающего, например, на ТЭЦ, где сжигают природный газ, и даже нам для мышечной или умственной работы надо «сжечь» внутри себя съеденный завтрак.

Чтобы получить энергию, как правило, необходимо что-нибудь сжечь: обычные автомобили сжигают топливо в двигателях внутреннего сгорания, электромобили заряжают свои батареи от электричества, поступающего, например, на ТЭЦ, где сжигают природный газ, и даже нам для мышечной или умственной работы надо «сжечь» внутри себя съеденный завтрак.

В любом органическом топливе, будь то бензиновые углеводороды или углеводы из шоколадки, содержатся атомы углерода, которые в конце своего энергетического пути превращаются в углекислый газ. Ну а газ, в свою очередь, отправляется в атмосферу, где он может накапливаться и вызывать всякие нехорошие эффекты вроде глобального потепления.

С энергетической точки зрения углекислый газ абсолютно бесполезен, поскольку углерод в нём полностью «сгорел», прочно и неразрывно связав себя с двумя атомами кислорода.

Гореть он уже не горит, и единственное что с ним можно сделать – утопить или закопать. Утопить его можно, растворив в океане – и это действительно один из способов утилизации СО2. Другой способ – закачать его под высоким давлением под землю, желательно там, где есть нефтяные месторождения; это позволит повысить отдачу нефтяных пластов и поможет добыть больше нефти. Однако химики всё же нашли способ «сварить кашу из топора» – существует третий путь утилизации СО2, когда его превращают в топливо.

Чтобы превратить СО2 в топливо, нужно «похимичить» с молекулой углекислого газа, например, отобрать у неё один атом кислорода. Тогда углекислый газ превратится в угарный газ СО. Несмотря на то, что для большинства угарный газ – это «тот газ, от которого периодически погибают неаккуратные пользователи дровяных печей», в промышленности его используют в самых разных процессах: во-первых, его можно сжечь и получить энергию, во-вторых, его можно использовать в металлургических процессах, а в-третьих, из него можно синтезировать различные органические молекулы, в том числе и жидкое топливо. Как раз последний пункт и открывает перед углекислым газом нефтехимические перспективы.

Однако стоит заметить, что использование угарного газа в химических целях не есть что-то совсем новое. Ещё на заре ХХ века германские химики Франц Фишер и Ганс Тропш разработали способ, как из обычного угля получить жидкое топливо: сначала из каменного угля и воды получают синтез-газ – так называется смесь угарного газа и водорода, а затем с помощью катализатора из синтез-газа получают различные углеводороды.

Этот способ был востребован, когда обычной нефти не хватало, однако со временем, во второй половине двадцатого века метод получения топлива из угля стала просто дорогой альтернативой «классическим» нефтеперерабатывающим технологиям. Но если в процессе Фишера-Тропша в качестве сырья используют каменный уголь, который сам по себе есть полезное ископаемое, то химики из Массачусетского технологического института для той же цели – получения синтез-газа – разработали способ, позволяющий делать его из «ненужного» углекислого газа.

Такие вещи невозможны без использования катализаторов, и, чтобы получить работающий катализатор, химикам порой приходится идти на самые разные хитрости. Дело в том, что, кроме определённого химического состава, для катализатора очень важна его внутренняя структура. Если говорить упрощённо, катализатор, нанесённый на ровную поверхность, может оказаться нерабочим, а вот если его нанести на пористую поверхность, и если у пор при этом будет определённый размер, то тогда он сможет заработать в полную силу.

Для того чтобы создать такой катализатор, химики взяли электропроводящий материал в качестве подложки и нанесли на него слой из полистирольных шариков диаметром около 200 нанометров. После чего пустоты, оставшиеся в пространстве между шариками, заполнили атомами серебра. (В качестве аналогии можно представить, что мы насыпали на пол слой из бильярдных шаров, а потом всё сверху залили ровным слоем расплавленного парафина.)

Теперь, чтобы получить пористый субстрат, нужно каким-то образом убрать из материала все шарики, оставив в целости оставшуюся структуру. В случае с бильярдными шарами это было бы весьма проблематично, а вот в случае с полистирольными шариками все оказалось намного проще – и в итоге после удаления полистирола на поверхности электрода получилась ячеистая структура из серебра с «сотами» определённого размера.

Подобный материал, как оказалось, хорошо превращает углекислый газ в синтез-газ, причём эффективность и селективность катализатора управляется за счёт размера сот: если на этапе синтеза катализатора взять полистирольные шарики покрупнее, то после реакции получится один состав продуктов, а если помельче – то другой. Подробно результаты исследований опубликованы в журнале Angewandte Chemie.

И вроде бы всё хорошо, и человечество должно бы праздновать победу над выбросами парниковых газов, а каждую трубу, чадящую в атмосферу продуктами сгорания, нужно оборудовать подобным серебряным катализатором, но всё-таки стоит сделать одно замечание. Один из важных законов, по которому живёт окружающий нас мир – закон сохранения: масса и энергия не возникают ниоткуда и не пропадают в никуда. Это справедливо и для атомов химических элементов, и для тепла, вырабатываемого при сжигании топлива, и для электрической энергии.

Поэтому сколько энергии получается при сжигании угарного газа до углекислого, как минимум, столько же энергии нужно затратить (упрощённо), чтобы превратить молекулу углекислого газа обратно в молекулу угарного. И очевидно, что для такой, в общем-то, «зелёной» технологии по утилизации парникового газа нужен свой источник энергии, который как минимум не «начадил» бы в атмосферу столько СО2, сколько можно было бы превратить в полезный продукт.

Откуда взять энергию для превращения одного газа в другой? Например, от ветряных или солнечных энергоустановок, которые производят энергию, но не выбрасывают в атмосферу продукты сгорания топлива – в результате это позволило бы уменьшить общее количество углекислого газа.

Забавно, что похожей деятельностью занимались древние растения и бактерии, поглощавшие находившийся тогда в избытке в атмосфере углекислый газ, и преобразовывшие его в органические вещества, ставшие потом ископаемым топливом. Возможно, что человечеству в будущем придётся заниматься чем-то похожим, но только уже с использованием химических технологий. опубликовано econet.ru

Понравилась статья? Напишите свое мнение в комментариях.
Подпишитесь на наш ФБ:

Углекислый газ хотят превратить в реактивное топливо

Группа ученых из Оксфордского университета работает над химическим процессом, который позволит использовать углекислый газ — основной загрязнитель атмосферы, ответственный за изменение климата, — в качестве реактивного топлива для самолетов. В случае успеха химическая реакция на основе железа может сделать полеты «с нулевым загрязнением».

Соответствующая научная работа опубликована в журнале Nature Communications. Эксперимент проводился в лаборатории, нуждается в воспроизведении в более крупном масштабе. Эксперимент связан с обратным превращением углекислого газа в топливо с помощью метода органического сжигания.

Используя лимонную кислоту, водород и катализатор из железа, марганца и калия, а также нагревая все это вместе с углекислым газом до 350 градусов по Цельсию, ученые смогли произвести жидкое топливо, которое способно гореть в реактивном двигателе.

Эксперимент проводился в реакторе из нержавеющей стали, было получено всего несколько граммов вещества. Углекислый газ поступал из канистры. Но в теории ученые хотят брать его с заводов или непосредственно из воздуха, удаляя тем самым из окружающей среды. Для производства топлива можно будет разместить топливную установку рядом со сталелитейным или цементным заводом, угольной электростанцией. Улавливать излишки углекислого газа и производить топливо.

— Увеличение масштаба всегда является проблемой, и, когда вы переходите к более крупным масштабам, вас ждут новые сюрпризы. Но с точки зрения долгосрочного решения за идеей круговой углеродной экономики, безусловно, может быть будущее, — говорит Джошуа Хейн, доцент химического машиностроения из Дейтонского университета.

Бензин из углекислого газа. Возможно ли?

Ученые сообщают, что они разработали новое технологическое решение для получения топлива: забор углекислого газа из атмосферы с последующим превращением его в бензин. Но как это работает? Повлияет ли этот метод на изменение атмосферы?

CO2 является основным парниковым газом и ключевым фактором изменения климата (хотя и не единственным). Таким образом, перспектива удаления углекислого газа из атмосферы может помочь уменьшить риск глобального потепления в будущем.

Исследователи сообщили о том, что их способ — это не разработка какой-либо совершенно новой системы, подобные эксперименты проводились и ранее. Выделяется 4 этапа преобразований:

• Забор большого количества воздуха из атмосферы
• Выделение углекислого газа из этого воздуха и соединение его с жидкостью
• Повторное выведение углекислого газа из жидкости
• Смешивание полученной смеси с водородом, получая в конечном счёте бензин

Фактический процесс довольно сложный, но все сводится к четырем шагам. Многое из этого — основная химия . Например, смешивание CO2 в жидкости — это просто вопрос воздействия большого количества воздуха на сильное основание. В этом случае основание представляет собой раствор, состоящий из воды, ионного гидроксида, триоксида углерода и калия. Исследователи писали, что CO2 является кислой, поэтому он будет отделяться от воздуха, для смешивания с основной жидкостью.

По словам исследователей, самая сложная часть всего процесса — это поиск материалов для этой химической реакции в больших масштабах. Для того, чтобы это было действительно полезно для природы, выбросы в окружающую среду при строительстве завода и самих химических процессов, должны во много раз быть меньше, нежели полезный эффект от них.

А дорого ли это?

Исследователи отметили, что если их завод будет работать только с целью уничтожения CO2 в атмосфере и не будет выпускать топливо, их программа сможет удалить 90% от каждой тонны CO2, которые образуются каждый день. Но необходимо посчитать затраты на все процессы.

В 2017 году в мире было выпущено около 32,5 гигатонн углекислого газа. Если бы эта технология была построена в необходимом масштабе (и при расчётной стоимости от 93 до 232 долларов за тонну газа), простая арифметика показывает, что общая стоимость будет равняться примерно от 3,03 трлн до 7,54 трлн. $ . Сумма баснословная.

Однако, в мире нашлось немало скептиков, критикующих данный метод. Они полагают, что самая идея невозможна технически, а ученые таким образом пытаются лишь заработать известность.

Спасибо за прочтение данной статьи! Не забудьте подписаться на канал)