Կարո՞ղ է ածխաթթու գազը վերածվել վառելիքի:
1. Ինչպե՞ս CO2-ը վերածել վառելիքի:
Նախ՝ օգտագործելով արեգակնային էներգիան փոխակերպելու համար ածխածնի երկօքսիդ և ջուրը վառելիքի մեջ: Հետազոտողները օգտագործում են արեգակնային էներգիան ածխածնի երկօքսիդը և ջուրը բաժանելու համար՝ արտադրելու գազեր, ինչպիսիք են ջրածինը, ածխածնի օքսիդը կամ մեթանը, որոնք այնուհետև մշակվում են՝ դրանք վերածելու քիմիական նյութերի, որոնք կարող են օգտագործվել որպես վառելիք: Այս կերպ գիտնականներին հաջողվել է ածխաթթու գազը վերածել ածխածնի մոնօքսիդի, որն անհրաժեշտ է Zviack ռեակցիայի համար (Zviack):
Երկրորդ, մանրէները օգտագործվում են ածխաթթու գազը օրգանական նյութերի վերածելու համար: Օգտագործելով միկրոօրգանիզմներ (ներառյալ ջրիմուռներ և բակտերիաներ և այլն) ֆոտոսինթեզ իրականացնելու համար, լուսային էներգիան ուղղակիորեն վերածում է քիմիական էներգիայի և ածխածնի երկօքսիդը վերածում օրգանական նյութի, օրինակ՝ շաքարավազի, կենսազանգվածի վառելիք արտադրելու համար: Օրինակ՝ հետազոտողները օգտագործում են ջրիմուռները՝ արեգակնային էներգիան և ածխաթթու գազը նավթի և այլ կենսազանգվածի վերածելու համար՝ կենսադիզելն ու կենսաբենզինը պատրաստելու համար:
Ի վերջո, քիմիական ռեակցիան օգտագործվում է ածխաթթու գազը վառելիքի վերածելու համար: Օրինակ, հետազոտողները ջերմաքիմիական կամ էլեկտրաքիմիական ռեակցիաներ են օգտագործում՝ ածխաթթու գազը ամոնիակի կամ այլ օրգանական նյութերի վերածելու համար, որոնք այնուհետև կարող են վերամշակվել քիմիական նյութերի, որոնք կարող են օգտագործվել որպես վառելիք: Օրինակ, էլեկտրաքիմիական վերականգնումն օգտագործվում է ածխաթթու գազը ձևական թթուների կամ օրգանական նյութերի վերածելու համար, ինչպիսիք են մածուցիկ թթուն, որոնք հետագայում սինթեզվում են վառելիքի և այլն:
2. Կարո՞ղ է CO2-ը վերածվել այլ իրերի:
Նյութեր, որոնց հետ կարող են փոխակերպվել ածխածնի երկօքսիդ ներառում են բույսեր, կենդանիներ, միկրոօրգանիզմներ և որոշ քիմիական ռեակցիաներ:
Բույսերը ածխաթթու գազի ամենակարևոր փոխակերպիչներն են։ Նրանք ֆոտոսինթեզի միջոցով ածխաթթու գազը վերածում են օրգանական նյութի՝ այդպիսով ապահովելով օրգանիզմներին անհրաժեշտ էներգիան։ Ֆոտոսինթեզն այն գործընթացն է, որով բույսերը կլանում են ջուրը և ածխաթթու գազը արևի էներգիայից, այնուհետև օգտագործում են դրանցում պարունակվող ածխածնի ատոմները շաքարներ և այլ օրգանական նյութեր պատրաստելու համար՝ միաժամանակ թթվածին ազատելով: Այս օրգանական նյութերն օգտագործվում են բույսերի կողմից որպես հումք իրենց աճի և վերարտադրության համար, իսկ ածխաթթու գազը նույնպես թողարկվում է բույսերի կողմից՝ դրանով իսկ ավարտելով ածխաթթու գազի ցիկլը։
Կենդանիները և միկրոօրգանիզմները կարող են նաև ածխաթթու գազը վերածել թթվածնի շնչառության գործընթացում, հատկապես որոշ ծովային օրգանիզմներ, ինչպիսիք են ջրիմուռները և այլն, նրանք կարող են մեծ քանակությամբ ածխաթթու գազ վերածել օրգանական նյութի, դրանով իսկ փոխելով ծովային միջավայրը:
Բացի այդ, որոշ քիմիական ռեակցիաներ կարող են նաև ածխաթթու գազը վերածել այլ նյութերի: Օրինակ՝ այրվող ածուխը կարող է ածխաթթու գազը վերածել ծծմբի երկօքսիդի և ջրի, իսկ կալցիումի կարբոնատը կարող է ածխաթթու գազը վերածել կալցիումի կարբոնատի, որը կարող է օգտագործվել այնպիսի նյութերի պատրաստման համար, ինչպիսիք են մետաղները և ցեմենտը։ Բացի այդ, որոշ քիմիական ռեակցիաներ կարող են նաև ածխածնի երկօքսիդը վերածել ածխաջրածինների, օրինակ՝ մեթանի, և դրանք օգտագործել տարբեր նպատակներով։
Ամփոփելով, բույսերը, կենդանիները, մանրէները և որոշ քիմիական ռեակցիաներ կարող են փոխել շրջակա միջավայրը՝ ածխաթթու գազը այլ նյութերի վերածելով:
3. Կարո՞ղ ենք CO2-ը նորից վերածել ածուխի:
Տեսականորեն դա նույնպես հնարավոր է։
Որտեղի՞ց է առաջացել ածուխը: Այն արտադրվում է հողի մեջ թաղված բույսերի կողմից։ Բույսերի ածխածնի տարրը երբեմն առաջանում է բույսերի կլանման արդյունքում ածխածնի երկօքսիդ օդում և ֆոտոսինթեզի միջոցով դրանք վերածելով օրգանական նյութերի: Հետևաբար, ածխածնի ատոմների նույն թվով մոլերի դեպքում ածխաթթու գազի էներգիան ավելի ցածր է, քան ածուխինը։ Հետևաբար, բնության մեջ, ածխածնի երկօքսիդ առաջացնելու համար այրվող ածխի արձագանքը կարող է ինքնաբերաբար ընթանալ, երբ սկզբնական էներգիան (օրինակ՝ բոցավառումը) բավարարված է, բայց ածխածնի երկօքսիդը օրգանական նյութի վերածելու գործընթացը չի կարող ինքնաբերաբար ընթանալ և պետք է անցնի ֆոտոսինթեզի միջոցով, իսկ էներգիան գալիս է արևից:
Եթե խոսենք արհեստական վերամշակման մասին, ապա կարող ենք մոդելավորել ֆոտոսինթեզի և ածխի ձևավորման գործընթացը։ Սակայն տնտեսական օգուտ ընդհանրապես չկա։
4. Կարո՞ղ է CO2-ը վերածվել բնական գազի:
Այո, քիմիական մեթոդը շատ էներգիա է սպառում, ուստի շահույթն արժե կորցնել:
Ծառատունկը, օգտագործելով բնությունը վերափոխելու համար, երկար ժամանակ է պահանջում և պահանջում է բոլորի երկարաժամկետ ջանքերը, ինչպես նաև Z-F-ի ամուր, հետևողական, գործնական և արդյունավետ քաղաքականությունը՝ երկրագնդի բուսականությունն ավելացնելու, այլ ոչ թե նվազեցնելու համար: Այն բանից հետո, երբ բուսականությունը սպառում է ածխաթթու գազը, երկրակեղևի շարժման միջոցով այն վերածվում է նավթի և այլն, ինչպես հին ժամանակներում։
Գոյություն ունի նաև մի տեսակ հացահատիկ, որը կլանում է ածխաթթու գազը և ուղղակիորեն արտադրում է ալկոհոլ և կենսագազ հացահատիկից և ծղոտից, ինչը նույնպես փոխակերպում է։
5. Ի՞նչ է տեղի ունենում, երբ ածխաթթու գազը և ջրածինը խառնվում են:
Ածխածնի երկօքսիդ և ջրածինը կարող է արձագանքել՝ տարբեր ռեակցիաների պայմաններում արտադրելով տարբեր ապրանքներ.
1. Ածխածնի երկօքսիդը և ջրածինը փոխազդում են բարձր ջերմաստիճանում՝ առաջացնելով ածխաթթու գազ և ջուր;
2. Ածխածնի երկօքսիդը և ջրածինը փոխազդում են բարձր ջերմաստիճանի և բարձր ճնշման տակ՝ առաջացնելով մեթան և ջուր: Մեթանը ամենապարզ օրգանական նյութն է և բնական գազի, կենսագազի, հանքային գազի և այլնի հիմնական բաղադրիչը, որը սովորաբար հայտնի է որպես գազ;
3. Ածխածնի երկօքսիդը և ջրածինը փոխազդում են բարձր ջերմաստիճանում և ավելացնում են կատալիզատոր՝ ռութեն-ֆոսֆին-քրոմ միացություն՝ առաջացնելով մեթանոլ, որը ամենապարզ հագեցած միահիդրիկ սպիրտն է և անգույն և ցնդող հեղուկ է՝ ալկոհոլի հոտով: Այն օգտագործվում է ֆորմալդեհիդ և թունաքիմիկատներ և այլն արտադրելու համար, ինչպես նաև օգտագործվում է որպես օրգանական նյութերի արդյունահանող և ալկոհոլի դենատուրանտ:
6. Ածխածնի երկօքսիդի վերածում հեղուկ վառելիքի
Իլինոյսի համալսարանի քիմիկոսներին հաջողվել է արհեստական ֆոտոսինթեզի միջոցով ջրից, ածխաթթու գազից և տեսանելի լույսից վառելիք ստեղծել: Ածխածնի երկօքսիդը վերածելով ավելի բարդ մոլեկուլների, ինչպիսին է պրոպանը, կանաչ էներգիայի տեխնոլոգիան հաջողությամբ առաջ է շարժվել՝ օգտագործելու ավելցուկային ածխաթթու գազը և պահպանելու արևային էներգիան քիմիական կապերի տեսքով՝ արևի ցածր լույսի և էներգիայի առավելագույն պահանջարկի ժամանակ օգտագործելու համար:
Բույսերն օգտագործում են արևի լույսը ջրի և ածխածնի երկօքսիդի արձագանքը խթանելու համար՝ բարձր էներգիայի գլյուկոզա արտադրելու՝ արևային էներգիան կուտակելու համար: Նոր ուսումնասիրության մեջ հետազոտողները մշակել են արհեստական ռեակցիա՝ օգտագործելով էլեկտրոններով հարուստ ոսկու նանոմասնիկներ՝ որպես կատալիզատոր՝ ածխաթթու գազը և ջուրը վառելիքի վերածելու համար՝ օգտագործելով տեսանելի կանաչ լույսը, որն օգտագործում են բույսերը բնական ֆոտոսինթեզում: Այս նոր բացահայտումները հրապարակվել են Nature Communications ամսագրում:
«Մեր նպատակն է արտադրել բարդ, հեղուկացնող ածխաջրածիններ ավելցուկային ածխածնի երկօքսիդից և էներգիայի կայուն աղբյուրներից, ինչպիսիք են արևային էներգիան», - ասում է քիմիայի պրոֆեսոր և հետազոտության համահեղինակ Պրաշանթ Ջայնը: «Հեղուկ վառելիքները իդեալական են, քանի որ դրանք համատեղելի են գազային վառելիքի հետ: Դրանք ավելի հեշտ են, անվտանգ և խնայողաբար փոխադրելու համար, և դրանք պատրաստված են երկար շղթայական մոլեկուլներից՝ ավելի շատ կապերով, ինչը նշանակում է, որ դրանք ավելի շատ էներգիայի խիտ են»:
Ջեյնի լաբորատորիայում Սունջու Յուն՝ հետդոկտորական գիտաշխատող և հետազոտության առաջին հեղինակը, մետաղական կատալիզատոր է օգտագործել՝ կանաչ լույսը կլանելու և ածխաթթու գազի և ջրի քիմիական ռեակցիայի համար անհրաժեշտ էլեկտրոններն ու պրոտոնները տեղափոխելու համար՝ բնական ֆոտոսինթեզի մեջ որպես քլորոֆիլ:
Ոսկու նանոմասնիկները հատկապես լավ են աշխատում որպես կատալիզատորներ, քանի որ դրանց մակերեսները հեշտությամբ արձագանքում են ածխածնի երկօքսիդի մոլեկուլներին՝ արդյունավետորեն կլանելով լույսի էներգիան՝ չքայքայվելով այլ ժանգոտվող մետաղների նման:
Ածխաջրածնային վառելիքի քիմիական կապերում կուտակված էներգիան ազատելու բազմաթիվ եղանակներ կան: Այնուամենայնիվ, այն այրելու պարզ և ավանդական եղանակը կհանգեցնի ավելի շատ ածխածնի երկօքսիդի արտադրությանը, ինչը հակասում է առաջին հերթին արևային էներգիան գրավելու և պահելու գաղափարին, ասաց Ջեյնը:
«Կան ածխաջրածինների այլ ոչ ավանդական կիրառումներ՝ պատրաստված այս եղանակով», - ասաց նա: «Նրանք կարող են առաջացնել հոսանք և լարում՝ վառելիքի բջիջները սնուցելու համար: Աշխարհում կան բազմաթիվ լաբորատորիաներ, որոնք աշխատում են, թե ինչպես դրանք ավելի արդյունավետ դարձնել»: ածխաջրածինների քիմիական էներգիան վերածել էլեկտրական էներգիայի»։
