Voidaanko hiilidioksidi muuttaa polttoaineeksi?
1. Kuinka muuntaa CO2 polttoaineeksi?
Ensinnäkin aurinkoenergian käyttö muuntamiseen hiilidioksidia ja vettä polttoaineeksi. Tutkijat käyttävät aurinkoenergiaa jakaakseen hiilidioksidia ja vettä tuottaakseen kaasuja, kuten vetyä, hiilimonoksidia tai metaania, jotka sitten prosessoidaan kemikaaleiksi, joita voidaan käyttää polttoaineena. Tällä tavalla tiedemiehet ovat onnistuneet muuttamaan hiilidioksidia hiilimonoksidiksi, jota tarvitaan Zviack-reaktioon (Zviack).
Toiseksi mikrobeja käytetään muuttamaan hiilidioksidi orgaaniseksi aineeksi. Mikro-organismien (mukaan lukien levät ja bakteerit jne.) käyttäminen fotosynteesin suorittamiseen, valoenergian muuntamiseen suoraan kemialliseksi energiaksi ja hiilidioksidin muuttamiseksi orgaaniseksi aineeksi, kuten sokeriksi biomassapolttoaineen tuottamiseksi. Esimerkiksi tutkijat käyttävät leviä muuntamaan aurinkoenergiaa ja hiilidioksidia öljyksi ja muuksi biomassaksi biodieselin ja biobensiinin kaltaisten asioiden valmistamiseksi.
Lopuksi hiilidioksidin muuttamiseksi polttoaineeksi käytetään kemiallista reaktiota. Esimerkiksi tutkijat käyttävät termokemiallisia tai sähkökemiallisia reaktioita hiilidioksidin muuttamiseksi ammoniakiksi tai muuksi orgaaniseksi aineeksi, joka voidaan sitten jalostaa kemikaaleiksi, joita voidaan käyttää polttoaineena. Esimerkiksi sähkökemiallista pelkistystä käytetään muuttamaan hiilidioksidi muodollisiksi hapoiksi tai orgaanisiksi aineiksi, kuten muurahaishapoksi, jotka syntetisoidaan edelleen polttoaineiksi jne.
2. Voidaanko CO2 muuttaa muiksi?
Aineet, jotka voivat muuntua keskenään hiilidioksidia sisältävät kasvit, eläimet, mikro-organismit ja jotkut kemialliset reaktiot.
Kasvit ovat tärkeimpiä hiilidioksidin muuntajia. Ne muuttavat hiilidioksidia orgaaniseksi aineeksi fotosynteesin kautta ja tarjoavat siten organismien tarvitsemaa energiaa. Fotosynteesi on prosessi, jossa kasvit imevät vettä ja hiilidioksidia auringon energiasta ja käyttävät sitten niissä olevia hiiliatomeja sokereiden ja muiden orgaanisten aineiden valmistamiseen samalla, kun ne vapauttavat happea. Kasvit käyttävät näitä orgaanisia aineita kasvunsa ja lisääntymisensä raaka-aineina, ja myös kasvit vapauttavat hiilidioksidia, mikä täydentää hiilidioksidin kiertoa.
Eläimet ja mikro-organismit voivat myös muuttaa hiilidioksidia hapeksi hengitysprosessin kautta, erityisesti jotkin meren eliöt, kuten merilevät jne., ne voivat muuttaa suuren määrän hiilidioksidia orgaaniseksi aineeksi, mikä muuttaa meriympäristöä.
Lisäksi jotkut kemialliset reaktiot voivat myös muuttaa hiilidioksidia muiksi aineiksi. Esimerkiksi hiilen polttaminen voi muuttaa hiilidioksidin rikkidioksidiksi ja vedeksi, ja kalsiumkarbonaatti voi muuttaa hiilidioksidin kalsiumkarbonaatiksi, josta voidaan valmistaa materiaaleja, kuten metalleja ja sementtiä. Lisäksi jotkin kemialliset reaktiot voivat myös muuttaa hiilidioksidia hiilivedyiksi, kuten metaaniksi, ja käyttää niitä erilaisiin tarkoituksiin.
Yhteenvetona voidaan todeta, että kasvit, eläimet, mikrobit ja jotkut kemialliset reaktiot voivat kaikki muuttaa ympäristöä muuttamalla hiilidioksidia muiksi aineiksi.
3. Voimmeko muuttaa CO2:n takaisin hiileksi?
Teoriassa sekin on mahdollista.
Mistä kivihiili tuli? Sitä tuottavat maahan haudatut kasvit. Kasvien hiilielementti tulee joskus kasveista, jotka imevät itseensä hiilidioksidia ilmassa ja muuttaa ne orgaaniseksi aineeksi fotosynteesin kautta. Siksi samalle määrälle hiiliatomien moolia hiilidioksidin energia on pienempi kuin hiilen. Siksi luonnossa hiilen palamisen reaktio hiilidioksidiksi voi edetä spontaanisti, kun alkuenergia (kuten sytytys) täyttyy, mutta hiilidioksidin muuttaminen orgaaniseksi aineeksi ei voi edetä spontaanisti, vaan sen on läpäistävä fotosynteesiä, ja energia tulee auringosta.
Jos puhumme keinotekoisesta jalostuksesta, voimme simuloida fotosynteesiä ja hiilen muodostumisprosessia. Siitä ei kuitenkaan ole taloudellista hyötyä ollenkaan.
4. Voidaanko CO2 muuttaa maakaasuksi?
Kyllä, kemiallinen menetelmä kuluttaa paljon energiaa, joten voitto on menetyksen arvoinen.
Puiden istuttaminen ja luonnon muuttaminen vie kauan ja vaatii kaikilta pitkäjänteistä työtä sekä Z-F:n lujaa, johdonmukaista, käytännöllistä ja tehokasta politiikkaa maan kasvillisuuden lisäämiseksi, ei vähentämiseksi. Kun kasvillisuus kuluttaa hiilidioksidia, se muuttuu maankuoren liikkeen kautta öljyksi jne. kuten muinaisina aikoina.
On myös eräänlainen vilja, joka imee hiilidioksidia ja tuottaa suoraan alkoholia ja biokaasua viljasta ja oljesta, mikä on myös muunnos
5. Mitä tapahtuu, kun hiilidioksidi ja vety sekoittuvat?
Hiilidioksidi ja vety voivat reagoida tuottaen erilaisia tuotteita erilaisissa reaktio-olosuhteissa:
1. Hiilidioksidi ja vety reagoivat korkeassa lämpötilassa muodostaen hiilimonoksidia ja vettä;
2. Hiilidioksidi ja vety reagoivat korkeassa lämpötilassa ja korkeassa paineessa muodostaen metaania ja vettä. Metaani on yksinkertaisin orgaaninen aine ja pääkomponentti maakaasussa, biokaasussa, kuoppakaasussa jne., joka tunnetaan yleisesti kaasuna;
3. Hiilidioksidi ja vety reagoivat korkeassa lämpötilassa ja lisäävät katalyyttiä ruteeni-fosfiini-kromiyhdistettä muodostaen metanolia, joka on yksinkertaisin tyydyttynyt yksiarvoinen alkoholi ja väritön ja haihtuva neste, jolla on alkoholin haju. Sitä käytetään formaldehydin ja torjunta-aineiden jne. valmistukseen, ja sitä käytetään orgaanisen aineen uuttoaineena ja alkoholin denaturointiaineena.
6. Hiilidioksidin muuttaminen nestemäisiksi polttoaineiksi
Illinoisin yliopiston kemistit ovat onnistuneet luomaan polttoainetta vedestä, hiilidioksidista ja näkyvästä valosta keinotekoisen fotosynteesin avulla. Muuntamalla hiilidioksidia monimutkaisemmiksi molekyyleiksi, kuten propaaniksi, vihreä energiateknologia on edistynyt menestyksekkäästi ylimääräisen hiilidioksidin valjastamiseksi ja aurinkoenergian varastoimiseksi kemiallisten sidosten muodossa käytettäväksi aikoina, jolloin auringonvalo on vähäistä ja energiantarve on huippuluokkaa.
Kasvit käyttävät auringonvaloa ohjaamaan veden ja hiilidioksidin reaktiota korkean energian glukoosin tuottamiseksi aurinkoenergian varastointiin. Uudessa tutkimuksessa tutkijat kehittivät keinotekoisen reaktion käyttämällä runsaasti elektroneja sisältäviä kullan nanohiukkasia katalysaattorina hiilidioksidin ja veden muuntamiseksi polttoaineeksi käyttämällä näkyvää vihreää valoa, jota kasvit käyttävät luonnollisessa fotosynteesissä. Nämä uudet havainnot julkaistiin Nature Communications -lehdessä.
"Tavoitteemme on tuottaa monimutkaisia, nesteytettyjä hiilivetyjä ylimääräisestä hiilidioksidista ja kestävistä energialähteistä, kuten aurinkoenergiasta", sanoi Prashant Jain, kemian professori ja tutkimuksen toinen kirjoittaja. "Nestemäiset polttoaineet ovat ihanteellisia, koska ne ovat yhteensopivia kaasumaisten polttoaineiden kanssa. Ne ovat helpompia, turvallisempia ja taloudellisempia kuljettaa, ja ne on valmistettu pitkäketjuisista molekyyleistä, joissa on enemmän sidoksia, mikä tarkoittaa, että ne ovat energiatiheämpiä."
Jainin laboratoriossa tutkijatohtori ja tutkimuksen ensimmäinen kirjoittaja Sungju Yu käytti metallikatalysaattoria absorboimaan vihreää valoa ja kuljettamaan hiilidioksidin ja veden kemialliseen reaktioon tarvittavia elektroneja ja protoneja, jotka toimivat klorofyllinä luonnollisessa fotosynteesissä.
Kullan nanohiukkaset toimivat erityisen hyvin katalyytteinä, koska niiden pinnat reagoivat helposti hiilidioksidimolekyylien kanssa ja imevät tehokkaasti valoenergiaa hajoamatta kuten muut ruosteherkät metallit, Jain sanoi.
On monia tapoja vapauttaa hiilivetypolttoaineiden kemiallisiin sidoksiin varastoitunutta energiaa. Yksinkertainen ja perinteinen polttotapa kuitenkin päätyisi tuottamaan enemmän hiilidioksidia, mikä on vastoin ajatusta aurinkoenergian talteenottamisesta ja varastoinnista, Jain sanoi.
"Tällä tavalla valmistettuja hiilivetyjä on muitakin epäperinteisiä sovelluksia", hän sanoi. "Ne voivat tuottaa polttokennojen virtaa ja jännitettä. Maailmassa on monia laboratorioita, jotka työskentelevät niiden tehostamiseksi." muuntaa hiilivedyssä olevan kemiallisen energian sähköenergiaksi."
