Kas süsinikdioksiidi saab muuta kütuseks?
Esiteks päikeseenergia kasutamine muundamiseks süsinikdioksiid ja vesi kütuseks. Teadlased kasutavad päikeseenergiat süsinikdioksiidi ja vee lõhustamiseks, et toota gaase nagu vesinik, süsinikmonooksiid või metaan, mida seejärel töödeldakse, et muuta need kemikaalideks, mida saab kasutada kütusena. Sel viisil on teadlastel õnnestunud muuta süsinikdioksiid süsinikmonooksiidiks, mis on vajalik Zviacki reaktsiooni (Zviack) jaoks.
Teiseks kasutatakse mikroobe süsinikdioksiidi muundamiseks orgaaniliseks aineks. Mikroorganismide (sh vetikad ja bakterid jne) kasutamine fotosünteesi teostamiseks, valgusenergia muundamiseks otse keemiliseks energiaks ja süsinikdioksiidi muundamiseks orgaaniliseks aineks, näiteks suhkruks, et toota biomassi kütust. Näiteks kasutavad teadlased vetikaid päikeseenergia ja süsinikdioksiidi muundamiseks naftaks ja muuks biomassiks, et valmistada selliseid asju nagu biodiisli ja biobensiin.
Lõpuks kasutatakse süsinikdioksiidi kütuseks muundamiseks keemilist reaktsiooni. Näiteks kasutavad teadlased termokeemilisi või elektrokeemilisi reaktsioone süsinikdioksiidi muundamiseks ammoniaagiks või muuks orgaaniliseks aineks, mida saab seejärel töödelda kemikaalideks, mida saab kasutada kütusena. Näiteks kasutatakse elektrokeemilist redutseerimist süsinikdioksiidi muundamiseks formaalseteks hapeteks või orgaanilisteks aineteks nagu sipelghape, mis seejärel sünteesitakse kütusteks jne.
2. Kas CO2 saab muuks muuta?
Ained, mis võivad omavahel muutuda süsinikdioksiid hõlmavad taimi, loomi, mikroorganisme ja mõningaid keemilisi reaktsioone.
Taimed on kõige olulisemad süsinikdioksiidi muundurid. Nad muudavad fotosünteesi teel süsinikdioksiidi orgaaniliseks aineks, pakkudes seega organismidele vajalikku energiat. Fotosüntees on protsess, mille käigus taimed neelavad päikeseenergiast vett ja süsinikdioksiidi, seejärel kasutavad neis sisalduvaid süsinikuaatomeid suhkrute ja muude orgaaniliste ainete tootmiseks, vabastades samal ajal hapnikku. Neid orgaanilisi aineid kasutavad taimed oma kasvu ja paljunemise toorainena ning süsihappegaasi eralduvad ka taimed, lõpetades sellega süsihappegaasi tsükli.
Ka loomad ja mikroorganismid suudavad hingamisprotsessi kaudu süsihappegaasi hapnikuks muuta, eriti mõned mereorganismid, näiteks merevetikad jne, võivad nad muuta suure koguse süsihappegaasi orgaaniliseks aineks, muutes seeläbi merekeskkonda.
Lisaks võivad mõned keemilised reaktsioonid muuta süsinikdioksiidi teisteks aineteks. Näiteks söe põletamine võib muuta süsihappegaasi vääveldioksiidiks ja veeks ning kaltsiumkarbonaat võib muuta süsinikdioksiidi kaltsiumkarbonaadiks, millest saab valmistada materjale nagu metallid ja tsement. Lisaks võivad mõned keemilised reaktsioonid muuta süsinikdioksiidi süsivesinikeks, näiteks metaaniks, ja kasutada neid erinevatel eesmärkidel.
Kokkuvõtlikult võib öelda, et taimed, loomad, mikroobid ja mõned keemilised reaktsioonid on kõik võimelised keskkonda muutma, muutes süsinikdioksiidi teisteks aineteks.
3. Kas saame CO2 uuesti kivisöeks muuta?
Teoreetiliselt on see ka võimalik.
Kust kivisüsi tuli? Seda toodavad maasse maetud taimed. Taimedes sisalduv süsinikuelement pärineb mõnikord taimedest, mis neelavad süsinikdioksiid õhus ja muutes need fotosünteesi teel orgaaniliseks aineks. Seetõttu on sama arvu moolide süsinikuaatomite puhul süsinikdioksiidi energia väiksem kui kivisöel. Seetõttu võib söe põletamise reaktsioon süsihappegaasi tekkeks looduses kulgeda spontaanselt, kui algenergia (näiteks süttimine) on rahuldatud, kuid süsinikdioksiidi orgaaniliseks aineks muutmise protsess ei saa toimuda spontaanselt, vaid peab läbima fotosünteesi ning energia pärineb päikesest.
Kui räägime kunstlikust rafineerimisest, saame simuleerida fotosünteesi ja kivisöe moodustumise protsessi. Majanduslikku kasu pole aga üldse.
4. Kas CO2 saab muuta maagaasiks?
Jah, keemiline meetod kulutab palju energiat, nii et kasum on kaotust väärt.
Puude istutamine, kasutades ümberkujundamiseks loodust, võtab kaua aega ja nõuab igaühe pikaajalisi jõupingutusi ning Z-F kindlat, järjekindlat, praktilist ja tõhusat poliitikat maa taimkatte suurendamiseks, mitte selle vähendamiseks. Pärast seda, kui taimestik tarbib süsihappegaasi, muutub see maakoore liikumisel õliks vms nagu muiste.
On olemas ka mingi tera, mis neelab süsihappegaasi ning toodab teraviljast ja põhust otse alkoholi ja biogaasi, mis on samuti muundus.
5. Mis juhtub süsinikdioksiidi ja vesiniku segunemisel?
Süsinikdioksiid ja vesinik võib reageerida erinevate produktide saamiseks erinevates reaktsioonitingimustes:
1. Süsinikdioksiid ja vesinik reageerivad kõrgel temperatuuril, moodustades süsinikmonooksiidi ja vett;
2. Süsinikdioksiid ja vesinik reageerivad kõrgel temperatuuril ja kõrgel rõhul, moodustades metaani ja vee. Metaan on lihtsaim orgaaniline aine ja maagaasi, biogaasi, süvendigaasi jne põhikomponent, mida tavaliselt tuntakse gaasina;
3. Süsinikdioksiid ja vesinik reageerivad kõrgel temperatuuril ning lisavad katalüsaatori ruteeniumi-fosfiini-kroomi ühendit, saades metanooli, mis on kõige lihtsam küllastunud ühehüdroksüülalkohol ja on värvitu ja lenduv alkoholilõhnaga vedelik. Seda kasutatakse formaldehüüdi ja pestitsiidide jms tootmiseks ning orgaanilise aine ekstraheerijana ja alkoholi denaturaatorina.
6. Süsinikdioksiidi muutmine vedelkütusteks
Illinoisi ülikooli keemikutel on õnnestunud kunstliku fotosünteesi abil luua kütust veest, süsinikdioksiidist ja nähtavast valgusest. Muutes süsinikdioksiidi keerulisemateks molekulideks, nagu propaan, on rohelise energia tehnoloogia edukalt edasi liikunud liigse süsinikdioksiidi ärakasutamiseks ja päikeseenergia salvestamiseks keemiliste sidemete kujul kasutamiseks vähese päikesevalguse ja kõrgeima energiavajaduse perioodidel.
Taimed kasutavad päikesevalgust vee ja süsinikdioksiidi reaktsiooni käivitamiseks, et toota päikeseenergia salvestamiseks kõrge energiaga glükoosi. Uues uuringus töötasid teadlased välja kunstliku reaktsiooni, kasutades katalüsaatorina elektronirikkaid kulla nanoosakesi, et muuta süsinikdioksiid ja vesi kütuseks, kasutades nähtavat rohelist valgust, mida taimed looduslikus fotosünteesis kasutavad. Need uued leiud avaldati ajakirjas Nature Communications.
"Meie eesmärk on toota keerulisi, veelduvaid süsivesinikke liigsest süsinikdioksiidist ja säästvatest energiaallikatest nagu päikeseenergia," ütles keemiaprofessor ja uuringu kaasautor Prashant Jain. "Vedelkütused on ideaalsed, kuna need ühilduvad gaaskütustega. Neid on lihtsam, ohutum ja ökonoomsem transportida ning need on valmistatud pika ahelaga molekulidest, millel on rohkem sidemeid, mis tähendab, et need on energiatihedamad."
Jaini laboris kasutas järeldoktor ja uuringu esimene autor Sungju Yu metallkatalüsaatorit rohelise valguse neelamiseks ning süsinikdioksiidi ja vee keemiliseks reaktsiooniks vajalike elektronide ja prootonite transportimiseks, toimides looduslikus fotosünteesis klorofüllina.
Kulla nanoosakesed töötavad eriti hästi katalüsaatoritena, kuna nende pinnad reageerivad kergesti süsihappegaasi molekulidega, neelates tõhusalt valgusenergiat, ilma et need laguneksid nagu teised roostetundlikud metallid, ütles Jain.
Süsivesinikkütuste keemilistes sidemetes salvestatud energia vabastamiseks on palju võimalusi. Jain ütles, et selle põletamise lihtne ja traditsiooniline viis tekitaks aga rohkem süsihappegaasi, mis on vastuolus päikeseenergia püüdmise ja salvestamise ideega.
"Sel viisil valmistatud süsivesinike jaoks on ka teisi mittetraditsioonilisi rakendusi, " ütles ta. "Need võivad toota voolu ja pinget kütuseelementide toiteks. Üle maailma tegelevad paljud laborid, mis töötavad selle nimel, kuidas neid tõhusamaks muuta." muuta süsivesinikes sisalduv keemiline energia elektrienergiaks."
