შესაძლებელია თუ არა ნახშირორჟანგის გადაქცევა საწვავად?
1. როგორ გადავიყვანოთ CO2 საწვავად?
პირველ რიგში, მზის ენერგიის გამოყენებით გარდაქმნა ნახშირორჟანგი და წყალი საწვავში. მკვლევარები იყენებენ მზის ენერგიას ნახშირორჟანგის და წყლის გასაყოფად, რათა გამოიმუშაონ აირები, როგორიცაა წყალბადი, ნახშირბადის მონოქსიდი ან მეთანი, რომლებიც შემდეგ მუშავდება, რათა გარდაიქმნას მათ ქიმიკატებად, რომლებიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც საწვავი. ამ გზით, მეცნიერებმა მოახერხეს ნახშირორჟანგის გადაქცევა ნახშირბადის მონოქსიდად, რაც საჭიროა ზვიაკის რეაქციისთვის (ზვიაკი).
მეორეც, მიკრობები გამოიყენება ნახშირორჟანგის ორგანულ ნივთიერებებად გადაქცევისთვის. მიკროორგანიზმების გამოყენება (მათ შორის წყალმცენარეები და ბაქტერიები და ა.შ.) ფოტოსინთეზის შესასრულებლად, სინათლის ენერგიის გარდაქმნის პირდაპირ ქიმიურ ენერგიად და ნახშირორჟანგის გარდაქმნის ორგანულ ნივთიერებებად, როგორიცაა შაქარი, ბიომასის საწვავის წარმოებისთვის. მაგალითად, მკვლევარები იყენებენ წყალმცენარეებს მზის ენერგიისა და ნახშირორჟანგის ზეთად და სხვა ბიომასად გადაქცევად, რათა აწარმოონ ისეთი რამ, როგორიცაა ბიოდიზელი და ბიოგაზოლი.
საბოლოოდ, ქიმიური რეაქცია გამოიყენება ნახშირორჟანგის საწვავად გადაქცევისთვის. მაგალითად, მკვლევარები იყენებენ თერმოქიმიურ ან ელექტროქიმიურ რეაქციებს ნახშირორჟანგის ამიაკად ან სხვა ორგანულ ნივთიერებებად გადაქცევისთვის, რომლებიც შემდეგ შეიძლება დამუშავდეს ქიმიკატებად, რომლებიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც საწვავი. მაგალითად, ელექტროქიმიური რედუქცია გამოიყენება ნახშირორჟანგის ფორმალურ მჟავებად ან ორგანულ ნივთიერებებად გადაქცევისთვის, როგორიცაა ჭიანჭველა მჟავა, რომლებიც შემდგომ სინთეზირდება საწვავად და ა.შ.
2. შესაძლებელია თუ არა CO2 სხვა ნივთად გარდაქმნა?
ნივთიერებები, რომლებსაც შეუძლიათ ურთიერთკონვერტაცია ნახშირორჟანგი მოიცავს მცენარეებს, ცხოველებს, მიკროორგანიზმებს და ზოგიერთ ქიმიურ რეაქციას.
მცენარეები ნახშირორჟანგის ყველაზე მნიშვნელოვანი გადამყვანებია. ისინი ფოტოსინთეზის გზით გარდაქმნიან ნახშირორჟანგს ორგანულ ნივთიერებებად, რითაც უზრუნველყოფენ ორგანიზმებისთვის საჭირო ენერგიას. ფოტოსინთეზი არის პროცესი, რომლითაც მცენარეები შთანთქავენ წყალს და ნახშირორჟანგს მზის ენერგიისგან, შემდეგ იყენებენ მათში შემავალ ნახშირბადის ატომებს შაქრისა და სხვა ორგანული ნივთიერებების შესაქმნელად, ჟანგბადის გამოყოფისას. ამ ორგანულ ნივთიერებებს მცენარეები იყენებენ, როგორც ნედლეულს მათი ზრდისა და გამრავლებისთვის, ასევე ნახშირორჟანგი გამოიყოფა მცენარეების მიერ, რითაც სრულდება ნახშირორჟანგის ციკლი.
ცხოველებს და მიკროორგანიზმებს ასევე შეუძლიათ ნახშირორჟანგის ჟანგბადად გადაქცევა სუნთქვის პროცესის საშუალებით, განსაკუთრებით ზღვის ზოგიერთ ორგანიზმს, როგორიცაა ზღვის მცენარეები და ა.შ.
გარდა ამისა, ზოგიერთ ქიმიურ რეაქციას ასევე შეუძლია ნახშირორჟანგის გარდაქმნა სხვა ნივთიერებებად. მაგალითად, ნახშირის წვას შეუძლია ნახშირორჟანგი გადააქციოს გოგირდის დიოქსიდში და წყალში, ხოლო კალციუმის კარბონატს შეუძლია ნახშირორჟანგი გადააქციოს კალციუმის კარბონატად, რომელიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას მასალების დასამზადებლად, როგორიცაა ლითონები და ცემენტი. გარდა ამისა, ზოგიერთ ქიმიურ რეაქციას ასევე შეუძლია ნახშირორჟანგის გარდაქმნა ნახშირწყალბადებად, მაგალითად მეთანად და მათი გამოყენება სხვადასხვა მიზნებისთვის.
მოკლედ, მცენარეებს, ცხოველებს, მიკრობებს და ზოგიერთ ქიმიურ რეაქციას შეუძლიათ შეცვალონ გარემო ნახშირორჟანგის სხვა ნივთიერებებად გარდაქმნით.
3. შეგვიძლია თუ არა CO2 გადავიყვანოთ ნახშირად?
თეორიულად, ეს ასევე შესაძლებელია.
საიდან გაჩნდა ნახშირი? მას აწარმოებენ მიწაში ჩამარხული მცენარეები. მცენარეებში ნახშირბადის ელემენტი ზოგჯერ მცენარეების შთანთქმისგან მოდის ნახშირორჟანგი ჰაერში და მათი გადაქცევა ორგანულ ნივთიერებებად ფოტოსინთეზის გზით. ამრიგად, ნახშირბადის ატომების იგივე რაოდენობის მოლისთვის, ნახშირორჟანგის ენერგია უფრო დაბალია, ვიდრე ნახშირის. მაშასადამე, ბუნებაში, ნახშირის წვის რეაქცია ნახშირორჟანგის გამომუშავებაზე შეიძლება სპონტანურად გაგრძელდეს, როდესაც საწყისი ენერგია (როგორიცაა აალება) დაკმაყოფილებულია, მაგრამ ნახშირორჟანგის ორგანულ ნივთიერებებად გადაქცევის პროცესი სპონტანურად ვერ მიმდინარეობს და უნდა გაიაროს ფოტოსინთეზი, ხოლო ენერგია მოდის მზედან.
თუ ვსაუბრობთ ხელოვნურ გადამუშავებაზე, შეგვიძლია ფოტოსინთეზის და ნახშირის წარმოქმნის პროცესის სიმულაცია. თუმცა, არანაირი ეკონომიკური სარგებელი არ არის.
4. შესაძლებელია თუ არა CO2 ბუნებრივ აირად გარდაქმნა?
დიახ, ქიმიური მეთოდი მოიხმარს უამრავ ენერგიას, ამიტომ მოგება ღირდა დაკარგვა.
ხეების დარგვას, ბუნების ტრანსფორმაციისთვის გამოყენებას დიდი დრო სჭირდება და მოითხოვს ყველას გრძელვადიან ძალისხმევას და Z-F-ის მტკიცე, თანმიმდევრული, პრაქტიკული და ეფექტური პოლიტიკის გაზრდის მიზნით დედამიწის მცენარეულობას და არა მის შემცირებას. მას შემდეგ, რაც მცენარეულობა მოიხმარს ნახშირორჟანგს, დედამიწის ქერქის მოძრაობით იგი ძველ დროში იქცევა ზეთად და ა.შ.
ასევე არსებობს მარცვლეული, რომელიც შთანთქავს ნახშირორჟანგს და უშუალოდ აწარმოებს ალკოჰოლს და ბიოგაზს მარცვლეულიდან და ჩალისგან, რაც ასევე ტრანსფორმაციაა.
5. რა ხდება ნახშირორჟანგის და წყალბადის შერევისას?
ნახშირორჟანგი და წყალბადს შეუძლია რეაგირება მოახდინოს სხვადასხვა პროდუქტის წარმოებაზე სხვადასხვა რეაქციის პირობებში:
1. ნახშირორჟანგი და წყალბადი რეაგირებენ მაღალ ტემპერატურაზე და წარმოქმნიან ნახშირორჟანგს და წყალს;
2. ნახშირორჟანგი და წყალბადი რეაგირებენ მაღალ ტემპერატურაზე და მაღალ წნევაზე და წარმოქმნიან მეთანს და წყალს. მეთანი არის უმარტივესი ორგანული ნივთიერება და ბუნებრივი აირის, ბიოგაზის, ორმოს გაზის და ა.შ. ძირითადი კომპონენტი, საყოველთაოდ ცნობილი როგორც გაზი;
3. ნახშირორჟანგი და წყალბადი რეაგირებენ მაღალ ტემპერატურაზე და ამატებენ კატალიზატორ რუთენიუმ-ფოსფინ-ქრომის ნაერთს მეთანოლის წარმოქმნით, რომელიც არის უმარტივესი გაჯერებული მონოჰიდრული ალკოჰოლი და არის უფერო და აქროლადი სითხე ალკოჰოლის სუნით. იგი გამოიყენება ფორმალდეჰიდისა და პესტიციდების დასამზადებლად და ა.შ. და გამოიყენება ორგანული ნივთიერებების ექსტრაქტად და ალკოჰოლის დენატურანტად.
6. ნახშირორჟანგის გადაქცევა თხევად საწვავად
ილინოისის უნივერსიტეტის ქიმიკოსებმა მიაღწიეს საწვავის შექმნას წყლის, ნახშირორჟანგისა და ხილული სინათლისგან ხელოვნური ფოტოსინთეზის გზით. ნახშირორჟანგის გადაქცევით უფრო რთულ მოლეკულებად, როგორიცაა პროპანი, მწვანე ენერგიის ტექნოლოგია წარმატებით მიიწევს წინ, რათა გამოიყენოს ჭარბი ნახშირორჟანგი და შეინახოს მზის ენერგია ქიმიური ობლიგაციების სახით მზის დაბალი შუქისა და ენერგიის პიკური მოთხოვნილების დროს გამოსაყენებლად.
მცენარეები მზის შუქს იყენებენ წყლისა და ნახშირორჟანგის რეაქციაში, რათა გამოიმუშაონ მაღალი ენერგიის გლუკოზა მზის ენერგიის შესანახად. ახალ კვლევაში მკვლევარებმა განავითარეს ხელოვნური რეაქცია ელექტრონებით მდიდარი ოქროს ნანონაწილაკების გამოყენებით, როგორც კატალიზატორი ნახშირორჟანგისა და წყლის საწვავად გადაქცევისთვის ხილული მწვანე შუქის გამოყენებით, რომელსაც მცენარეები იყენებენ ბუნებრივ ფოტოსინთეზში. ეს ახალი დასკვნები გამოქვეყნდა ჟურნალში Nature Communications.
„ჩვენი მიზანია კომპლექსური, თხევადი ნახშირწყალბადების წარმოება ჭარბი ნახშირორჟანგიდან და მდგრადი ენერგიის წყაროებიდან, როგორიცაა მზის ენერგია“, - თქვა პრაშანტ ჯაინმა, ქიმიის პროფესორმა და კვლევის თანაავტორმა. „თხევადი საწვავი იდეალურია, რადგან ისინი თავსებადია აირისებრ საწვავთან. ტრანსპორტირება უფრო მარტივი, უსაფრთხო და ეკონომიურია და დამზადებულია გრძელი ჯაჭვის მოლეკულებისგან, მეტი ობლიგაციით, რაც ნიშნავს, რომ ისინი უფრო ენერგეტიკული მკვრივია“.
ჯაინის ლაბორატორიაში სუნგჯუ იუ, პოსტდოქტორანტი და კვლევის პირველი ავტორი, გამოიყენა ლითონის კატალიზატორი მწვანე შუქის შთანთქმისთვის და ნახშირორჟანგისა და წყლის ქიმიური რეაქციისთვის საჭირო ელექტრონებისა და პროტონების გადასატანად, რომლებიც ქლოროფილის როლს ასრულებენ ბუნებრივ ფოტოსინთეზში.
ოქროს ნანონაწილაკები განსაკუთრებით კარგად მუშაობს როგორც კატალიზატორები, რადგან მათი ზედაპირი ადვილად რეაგირებს ნახშირორჟანგის მოლეკულებთან, ეფექტურად შთანთქავს სინათლის ენერგიას სხვა ჟანგისადმი მიდრეკილი ლითონების მსგავსად დაშლის გარეშე.
ნახშირწყალბადების საწვავის ქიმიურ ობლიგაციებში შენახული ენერგიის განთავისუფლების მრავალი გზა არსებობს. თუმცა, მისი დაწვის მარტივი და ტრადიციული გზა უფრო მეტ ნახშირორჟანგს გამოიმუშავებს, რაც ეწინააღმდეგება პირველ რიგში მზის ენერგიის დაჭერისა და შენახვის იდეას, თქვა ჯაინმა.
”არსებობს ნახშირწყალბადების სხვა არატრადიციული გამოყენება ამ გზით”, - თქვა მან. „მათ შეუძლიათ გამოიმუშაონ დენი და ძაბვა საწვავის უჯრედებისთვის. მსოფლიოში მრავალი ლაბორატორია მუშაობს იმაზე, თუ როგორ გახადონ ისინი უფრო ეფექტური“. ნახშირწყალბადებში არსებული ქიმიური ენერგიის გადაქცევა ელექტრო ენერგიად“.
