האם ניתן להמיר פחמן דו חמצני לדלק?
ראשית, שימוש באנרגיה סולארית להמרה פחמן דו חמצני ומים לדלק. חוקרים משתמשים באנרגיה סולארית כדי לפצל פחמן דו חמצני ומים כדי לייצר גזים כמו מימן, פחמן חד חמצני או מתאן, אשר מעובדים לאחר מכן כדי להמיר אותם לחומרים כימיים שיכולים לשמש כדלק. כך הצליחו המדענים להמיר פחמן דו חמצני לפחמן חד חמצני, הנדרש לתגובת צביאק (צביאק).
שנית, חיידקים משמשים להמרת פחמן דו חמצני לחומר אורגני. שימוש במיקרואורגניזמים (כולל אצות וחיידקים וכו') לביצוע פוטוסינתזה, המרת אנרגיית אור ישירות לאנרגיה כימית והמרת פחמן דו חמצני לחומר אורגני כמו סוכר להפקת דלק ביומסה. לדוגמה, חוקרים משתמשים באצות כדי להמיר אנרגיה סולארית ופחמן דו חמצני לנפט וביומסה אחרת כדי לייצר דברים כמו ביו-דיזל וביו-בנזין.
לבסוף, תגובה כימית משמשת להמרת הפחמן הדו חמצני לדלק. לדוגמה, חוקרים משתמשים בתגובות תרמוכימיות או אלקטרוכימיות כדי להמיר פחמן דו חמצני לאמוניה או חומרים אורגניים אחרים, שאותם ניתן לעבד לכדי כימיקלים שיכולים לשמש כדלק. לדוגמה, הפחתה אלקטרוכימית משמשת להמרת פחמן דו חמצני לחומצות פורמליות או לחומרים אורגניים כגון חומצה פורמית, אשר לאחר מכן מסונתזות לדלקים וכו'.
2. האם ניתן להמיר CO2 לדברים אחרים?
חומרים שיכולים להמיר איתם פחמן דו חמצני כוללים צמחים, בעלי חיים, מיקרואורגניזמים וכמה תגובות כימיות.
צמחים הם הממירים החשובים ביותר של פחמן דו חמצני. הם ממירים פחמן דו חמצני לחומר אורגני באמצעות פוטוסינתזה, ובכך מספקים את האנרגיה הדרושה לאורגניזמים. פוטוסינתזה היא התהליך שבו צמחים סופגים מים ופחמן דו חמצני מאנרגיית השמש, ואז משתמשים באטומי הפחמן שבהם לייצור סוכרים וחומרים אורגניים אחרים, תוך שחרור חמצן. חומרים אורגניים אלו משמשים את הצמחים כחומרי גלם לגידולם ורבייתם, ופחמן דו חמצני משתחרר גם על ידי הצמחים ובכך משלים את מחזור הפחמן הדו חמצני.
בעלי חיים ומיקרואורגניזמים יכולים גם להמיר פחמן דו חמצני לחמצן בתהליך הנשימה, במיוחד חלק מהאורגניזמים הימיים, כמו אצות וכו', הם יכולים להמיר כמות גדולה של פחמן דו חמצני לחומר אורגני, ובכך לשנות את הסביבה הימית.
בנוסף, כמה תגובות כימיות יכולות גם להמיר פחמן דו חמצני לחומרים אחרים. לדוגמה, שריפת פחם יכולה להמיר פחמן דו חמצני לגופרית דו חמצנית ומים, וסידן פחמתי יכול להמיר פחמן דו חמצני לסידן פחמתי, שניתן להשתמש בו לייצור חומרים כגון מתכות ומלט. בנוסף, תגובות כימיות מסוימות יכולות גם להמיר פחמן דו חמצני לפחמימנים, כמו מתאן, ולהשתמש בהם למטרות שונות.
לסיכום, צמחים, בעלי חיים, חיידקים וכמה תגובות כימיות מסוגלים לשנות את הסביבה על ידי המרת פחמן דו חמצני לחומרים אחרים.
3. האם נוכל להמיר CO2 בחזרה לפחם?
בתיאוריה זה גם אפשרי.
מאיפה הגיע הפחם? זה מיוצר על ידי צמחים קבורים באדמה. יסוד הפחמן בצמחים מגיע לפעמים מצמחים שסופגים פחמן דו חמצני באוויר והפיכתם לחומר אורגני באמצעות פוטוסינתזה. לכן, עבור אותו מספר מולים של אטומי פחמן, האנרגיה של פחמן דו חמצני נמוכה מזו של פחם. לכן, בטבע, התגובה של שריפת פחם ליצירת פחמן דו חמצני יכולה להתנהל באופן ספונטני כאשר האנרגיה הראשונית (כגון הצתה) מסופקת, אך תהליך הפיכת הפחמן הדו חמצני לחומר אורגני אינו יכול להתקדם באופן ספונטני, והוא חייב לעבור בפוטוסינתזה, והאנרגיה מגיעה מהשמש.
אם נדבר על זיקוק מלאכותי, נוכל לדמות פוטוסינתזה ותהליך היווצרות פחם. עם זאת, אין תועלת כלכלית כלל.
4. האם ניתן להמיר CO2 לגז טבעי?
כן, השיטה הכימית צורכת הרבה אנרגיה, אז הרווח שווה את ההפסד.
נטיעת עצים, שימוש בטבע לשינוי, אורכת זמן רב, ודורשת מאמצים ארוכי טווח של כולם, ומדיניות נחרצת, עקבית, מעשית ויעילה של Z-F להגדיל את הצמחייה של כדור הארץ, לא להקטין אותה. לאחר שהצמחייה צורכת פחמן דו חמצני, דרך תנועת קרום כדור הארץ, היא הופכת לנפט וכו' כמו בימי קדם.
יש גם סוג של דגן שסופג פחמן דו חמצני, ומייצר ישירות אלכוהול וביוגז מתבואה וקש, וזה גם טרנספורמציה
5. מה קורה כאשר פחמן דו חמצני ומימן מתערבבים?
פחמן דו חמצני ומימן יכול להגיב לייצר מוצרים שונים בתנאי תגובה שונים:
1. פחמן דו חמצני ומימן מגיבים בטמפרטורה גבוהה ליצירת פחמן חד חמצני ומים;
2. פחמן דו חמצני ומימן מגיבים בטמפרטורה גבוהה ולחץ גבוה ליצירת מתאן ומים. מתאן הוא החומר האורגני הפשוט ביותר והמרכיב העיקרי של גז טבעי, ביוגז, גז בור וכו', הידוע בכינויו גז;
3. פחמן דו חמצני ומימן מגיבים בטמפרטורה גבוהה ומוסיפים תרכובת רותניום-פוספין-כרומיום זרז לייצור מתנול, שהוא האלכוהול החד-הידרי הרווי הפשוט ביותר והוא נוזל חסר צבע ונדיף עם ריח אלכוהול. הוא משמש לייצור פורמלדהיד וחומרי הדברה וכו', ומשמש כחומר מיצוי לחומרים אורגניים ודנטורנט לאלכוהול.
6. המרת פחמן דו חמצני לדלקים נוזליים
כימאים מאוניברסיטת אילינוי הצליחו ליצור דלק ממים, פחמן דו חמצני ואור נראה באמצעות פוטוסינתזה מלאכותית. על ידי המרת פחמן דו חמצני למולקולות מורכבות יותר כמו פרופאן, טכנולוגיית האנרגיה הירוקה התקדמה בהצלחה כדי לרתום עודפי פחמן דו חמצני ולאגור אנרגיית שמש בצורה של קשרים כימיים לשימוש בתקופות של אור שמש נמוך ושיא ביקוש לאנרגיה.
צמחים משתמשים באור השמש כדי להניע את התגובה של מים ופחמן דו חמצני לייצור גלוקוז בעל אנרגיה גבוהה לאגירת אנרגיית השמש. במחקר החדש, החוקרים פיתחו תגובה מלאכותית באמצעות ננו-חלקיקי זהב עשירים באלקטרונים כזרז להמרת פחמן דו חמצני ומים לדלק באמצעות האור הירוק הנראה שצמחים משתמשים בפוטוסינתזה טבעית. ממצאים חדשים אלו פורסמו בכתב העת Nature Communications.
"המטרה שלנו היא לייצר פחמימנים מורכבים הניתנים להנזלה מעודף פחמן דו חמצני ומקורות אנרגיה ברי קיימא כמו אנרגיה סולארית", אמר פראשנט ג'יין, פרופסור לכימיה ומחבר מחקר. "דלקים נוזליים הם אידיאליים כי הם תואמים לדלקים גזים. הם קלים יותר, בטוחים וחסכוניים יותר להובלה, והם עשויים ממולקולות שרשרת ארוכות עם יותר קשרים, מה שאומר שהם צפופים יותר באנרגיה".
במעבדה של ג'יין, סונג'ו יו, חוקר פוסט-דוקטורט והמחבר הראשון של המחקר, השתמש בזרז מתכת כדי לספוג אור ירוק ולהעביר את האלקטרונים והפרוטונים הדרושים לתגובה הכימית של פחמן דו חמצני ומים, הפועלים ככלורופיל בפוטוסינתזה טבעית.
ננו-חלקיקי זהב פועלים היטב כזרזים מכיוון שהמשטחים שלהם מגיבים בקלות עם מולקולות פחמן דו חמצני, וסופגים ביעילות אנרגיית אור מבלי להתפרק כמו מתכות אחרות המועדות לחלודה, אמר ג'יין.
ישנן דרכים רבות לשחרר את האנרגיה האצורה בקשרים הכימיים של דלק פחמימני. עם זאת, הדרך הפשוטה והמסורתית של שריפתו תגרום לייצור יותר פחמן דו חמצני, מה שמנוגד מלכתחילה את הרעיון של לכידה ואחסון של אנרגיה סולארית, אמר ג'יין.
"ישנם יישומים לא מסורתיים אחרים של פחמימנים שנעשו כך", אמר. "הם יכולים לייצר זרם ומתח כדי להפעיל תאי דלק. ישנן מעבדות רבות ברחבי העולם שעובדות כיצד להפוך אותם ליעילים יותר". להמיר את האנרגיה הכימית בפחמימנים לאנרגיה חשמלית."
