آیا دی اکسید کربن را می توان به سوخت تبدیل کرد؟
1. چگونه CO2 را به سوخت تبدیل کنیم؟
اول، استفاده از انرژی خورشیدی برای تبدیل دی اکسید کربن و آب به سوخت تبدیل شود. محققان از انرژی خورشیدی برای تقسیم دی اکسید کربن و آب برای تولید گازهایی مانند هیدروژن، مونوکسید کربن یا متان استفاده می کنند که سپس برای تبدیل آنها به مواد شیمیایی که می تواند به عنوان سوخت استفاده شود، پردازش می شود. به این ترتیب دانشمندان موفق به تبدیل دی اکسید کربن به مونوکسید کربن شده اند که برای واکنش Zviack (Zviack) لازم است.
دوم، میکروب ها برای تبدیل دی اکسید کربن به مواد آلی استفاده می شوند. استفاده از میکروارگانیسم ها (از جمله جلبک ها و باکتری ها و غیره) برای انجام فتوسنتز، تبدیل انرژی نور به طور مستقیم به انرژی شیمیایی و تبدیل دی اکسید کربن به مواد آلی مانند شکر برای تولید سوخت زیست توده. به عنوان مثال، محققان از جلبک ها برای تبدیل انرژی خورشیدی و دی اکسید کربن به نفت و سایر زیست توده ها برای ساختن چیزهایی مانند بیودیزل و بیوگازول استفاده می کنند.
در نهایت از یک واکنش شیمیایی برای تبدیل دی اکسید کربن به سوخت استفاده می شود. به عنوان مثال، محققان از واکنشهای ترموشیمیایی یا الکتروشیمیایی برای تبدیل دی اکسید کربن به آمونیاک یا سایر مواد آلی استفاده میکنند، که سپس میتواند به مواد شیمیایی تبدیل شود که میتواند به عنوان سوخت مورد استفاده قرار گیرد. به عنوان مثال، احیای الکتروشیمیایی برای تبدیل دی اکسید کربن به اسیدهای رسمی یا مواد آلی مانند اسید فرمیک استفاده می شود که سپس بیشتر به سوخت و غیره سنتز می شوند.
2. آیا CO2 می تواند به چیزهای دیگر تبدیل شود؟
موادی که می توانند با آنها تبدیل شوند دی اکسید کربن شامل گیاهان، حیوانات، میکروارگانیسم ها و برخی واکنش های شیمیایی می شود.
گیاهان مهم ترین تبدیل کننده دی اکسید کربن هستند. آنها دی اکسید کربن را از طریق فتوسنتز به ماده آلی تبدیل می کنند و در نتیجه انرژی مورد نیاز موجودات را تامین می کنند. فتوسنتز فرآیندی است که طی آن گیاهان آب و دی اکسید کربن را از انرژی خورشید جذب می کنند، سپس از اتم های کربن موجود در آنها برای ساخت قندها و سایر مواد آلی استفاده می کنند و در عین حال اکسیژن آزاد می کنند. این مواد آلی توسط گیاهان به عنوان مواد اولیه برای رشد و تولیدمثل آنها استفاده می شود و دی اکسید کربن نیز توسط گیاهان آزاد می شود و در نتیجه چرخه دی اکسید کربن کامل می شود.
حیوانات و میکروارگانیسم ها نیز می توانند از طریق فرآیند تنفس، دی اکسید کربن را به اکسیژن تبدیل کنند، به ویژه برخی از موجودات دریایی مانند جلبک دریایی و غیره، می توانند مقدار زیادی دی اکسید کربن را به مواد آلی تبدیل کنند و در نتیجه محیط دریا را تغییر دهند.
علاوه بر این، برخی از واکنش های شیمیایی نیز می توانند دی اکسید کربن را به مواد دیگر تبدیل کنند. به عنوان مثال، سوزاندن زغال سنگ می تواند دی اکسید کربن را به دی اکسید گوگرد و آب تبدیل کند و کربنات کلسیم می تواند دی اکسید کربن را به کربنات کلسیم تبدیل کند که می توان از آن برای ساخت موادی مانند فلزات و سیمان استفاده کرد. علاوه بر این، برخی از واکنش های شیمیایی نیز می توانند دی اکسید کربن را به هیدروکربن هایی مانند متان تبدیل کرده و از آنها برای اهداف مختلف استفاده کنند.
به طور خلاصه، گیاهان، حیوانات، میکروبها و برخی واکنشهای شیمیایی همگی میتوانند با تبدیل دی اکسید کربن به مواد دیگر، محیط را تغییر دهند.
3. آیا می توانیم CO2 را دوباره به زغال سنگ تبدیل کنیم؟
در تئوری نیز امکان پذیر است.
زغال سنگ از کجا آمده است؟ توسط گیاهان مدفون در زمین تولید می شود. عنصر کربن در گیاهان گاهی اوقات از جذب گیاهان ناشی می شود دی اکسید کربن در هوا و تبدیل آنها به مواد آلی از طریق فتوسنتز. بنابراین، برای همان تعداد مول اتم کربن، انرژی دی اکسید کربن کمتر از زغال سنگ است. بنابراین، در طبیعت، واکنش سوختن زغال سنگ برای تولید دی اکسید کربن می تواند زمانی که انرژی اولیه (مانند احتراق) تامین شود، خود به خود ادامه یابد، اما فرآیند تبدیل دی اکسید کربن به ماده آلی نمی تواند خود به خود ادامه یابد و باید از طریق فتوسنتز عبور کند و انرژی از خورشید می آید.
اگر در مورد پالایش مصنوعی صحبت کنیم، می توانیم فتوسنتز و فرآیند تشکیل زغال سنگ را شبیه سازی کنیم. با این حال، هیچ سود اقتصادی وجود ندارد.
4. آیا CO2 را می توان به گاز طبیعی تبدیل کرد؟
بله، روش شیمیایی انرژی زیادی مصرف می کند، بنابراین سود ارزش از دست دادن را دارد.
کاشت درختان، استفاده از طبیعت برای تغییر شکل، زمان زیادی می برد و نیازمند تلاش درازمدت همه و سیاست های محکم، منسجم، عملی و موثر Z-F برای افزایش پوشش گیاهی زمین است نه کاهش آن. پس از مصرف دی اکسید کربن توسط پوشش گیاهی، از طریق حرکت پوسته زمین، مانند زمان های قدیم به نفت و غیره تبدیل می شود.
همچنین نوعی دانه وجود دارد که دی اکسید کربن را جذب می کند و مستقیماً از غلات و کاه الکل و بیوگاز تولید می کند که این نیز یک تبدیل است.
5. وقتی دی اکسید کربن و هیدروژن مخلوط می شوند چه اتفاقی می افتد؟
دی اکسید کربن و هیدروژن می تواند برای تولید محصولات مختلف تحت شرایط واکنش متفاوت واکنش نشان دهد:
1. دی اکسید کربن و هیدروژن در دمای بالا واکنش می دهند و مونوکسید کربن و آب را تشکیل می دهند.
2. دی اکسید کربن و هیدروژن در دمای بالا و فشار بالا واکنش داده و متان و آب را تشکیل می دهند. متان ساده ترین ماده آلی و جزء اصلی گاز طبیعی، بیوگاز، گاز حفره ای و غیره است که معمولاً به عنوان گاز شناخته می شود.
3. دی اکسید کربن و هیدروژن در دمای بالا واکنش می دهند و به ترکیب کاتالیزور روتنیم- فسفین- کروم اضافه می کنند تا متانول تولید شود که ساده ترین الکل مونوهیدریک اشباع شده و مایعی بی رنگ و فرار با بوی الکل است. از آن برای تولید فرمالدئید و آفت کش ها و غیره استفاده می شود و به عنوان استخراج کننده برای مواد آلی و دناتوره کننده برای الکل استفاده می شود.
6. تبدیل دی اکسید کربن به سوخت مایع
شیمیدانان دانشگاه ایلینویز موفق به ایجاد سوخت از آب، دی اکسید کربن و نور مرئی از طریق فتوسنتز مصنوعی شده اند. با تبدیل دی اکسید کربن به مولکولهای پیچیدهتر مانند پروپان، فناوری انرژی سبز با موفقیت به سمت مهار دی اکسید کربن اضافی و ذخیره انرژی خورشیدی در قالب پیوندهای شیمیایی برای استفاده در دورههای کم نور خورشید و اوج تقاضا برای انرژی حرکت کرده است.
گیاهان از نور خورشید برای هدایت واکنش آب و دی اکسید کربن برای تولید گلوکز با انرژی بالا برای ذخیره انرژی خورشیدی استفاده می کنند. در مطالعه جدید، محققان یک واکنش مصنوعی با استفاده از نانوذرات طلای غنی از الکترون به عنوان کاتالیزور برای تبدیل دی اکسید کربن و آب به سوخت با استفاده از نور سبز مرئی که گیاهان در فتوسنتز طبیعی استفاده می کنند، توسعه دادند. این یافته های جدید در مجله Nature Communications منتشر شده است.
پراشانت جین، استاد شیمی و یکی از نویسندگان مطالعه، گفت: «هدف ما تولید هیدروکربنهای پیچیده و مایعپذیر از دی اکسید کربن اضافی و منابع انرژی پایدار مانند انرژی خورشیدی است. سوختهای مایع ایدهآل هستند زیرا با سوختهای گازی سازگار هستند. حمل و نقل آنها راحتتر، ایمنتر و مقرون به صرفهتر است و از مولکولهای زنجیرهای بلند با پیوندهای بیشتر ساخته شدهاند، به این معنی که چگالی انرژی بیشتری دارند.
در آزمایشگاه جین، سونگجو یو، محقق فوق دکترا و نویسنده اول مطالعه، از یک کاتالیزور فلزی برای جذب نور سبز و انتقال الکترون ها و پروتون های مورد نیاز برای واکنش شیمیایی دی اکسید کربن و آب استفاده کرد و به عنوان کلروفیل در فتوسنتز طبیعی عمل می کند.
به گفته جین، نانوذرات طلا بهویژه به عنوان کاتالیزور خوب عمل میکنند، زیرا سطوح آنها به راحتی با مولکولهای دی اکسید کربن واکنش میدهند و به طور موثر انرژی نور را بدون شکستن مانند سایر فلزات مستعد زنگ زدگی جذب میکنند.
راه های زیادی برای آزادسازی انرژی ذخیره شده در پیوندهای شیمیایی سوخت های هیدروکربنی وجود دارد. جین گفت، با این حال، روش ساده و سنتی سوزاندن آن منجر به تولید دی اکسید کربن بیشتر می شود که در وهله اول با ایده گرفتن و ذخیره انرژی خورشیدی مخالف است.
او گفت: «کاربردهای غیر سنتی دیگری از هیدروکربنها وجود دارد که به این روش ساخته شدهاند. آنها میتوانند جریان و ولتاژ تولید کنند تا سلولهای سوختی را تامین کنند. آزمایشگاههای زیادی در سرتاسر جهان روی چگونگی کارآمدتر کردن آنها کار میکنند. تبدیل انرژی شیمیایی موجود در هیدروکربن ها به انرژی الکتریکی.
