Kan koolstofdioxide worden omgezet in brandstof?
1. Hoe zet je CO2 om in brandstof?
Ten eerste: het gebruik van zonne-energie om te converteren koolstofdioxide en water in brandstof. Onderzoekers gebruiken zonne-energie om kooldioxide en water te splitsen om gassen zoals waterstof, koolmonoxide of methaan te produceren, die vervolgens worden verwerkt om ze om te zetten in chemicaliën die als brandstof kunnen worden gebruikt. Op deze manier zijn de wetenschappers erin geslaagd kooldioxide om te zetten in koolmonoxide, wat nodig is voor de Zviack-reactie (Zviack).
Ten tweede worden microben gebruikt om koolstofdioxide om te zetten in organisch materiaal. Gebruik micro-organismen (waaronder algen en bacteriën, enz.) om fotosynthese uit te voeren, lichtenergie direct om te zetten in chemische energie en koolstofdioxide om te zetten in organisch materiaal zoals suiker om biomassabrandstof te produceren. Onderzoekers gebruiken bijvoorbeeld algen om zonne-energie en koolstofdioxide om te zetten in olie en andere biomassa om bijvoorbeeld biodiesel en biobenzine te maken.
Ten slotte wordt een chemische reactie gebruikt om de kooldioxide om te zetten in brandstof. Onderzoekers gebruiken bijvoorbeeld thermochemische of elektrochemische reacties om kooldioxide om te zetten in ammoniak of andere organische stoffen, die vervolgens kunnen worden verwerkt tot chemicaliën die als brandstof kunnen worden gebruikt. Elektrochemische reductie wordt bijvoorbeeld gebruikt om kooldioxide om te zetten in formele zuren of organische stoffen zoals mierenzuur, die vervolgens verder worden gesynthetiseerd tot brandstoffen, enz.
2. Kan CO2 in andere dingen worden omgezet?
Stoffen waarmee interconversie mogelijk is koolstofdioxide omvatten planten, dieren, micro-organismen en sommige chemische reacties.
Planten zijn de belangrijkste verwerkers van kooldioxide. Ze zetten koolstofdioxide om in organisch materiaal door middel van fotosynthese, waardoor ze de energie leveren die organismen nodig hebben. Fotosynthese is het proces waarbij planten water en koolstofdioxide uit de energie van de zon opnemen en vervolgens de koolstofatomen daarin gebruiken om suikers en ander organisch materiaal te maken, terwijl ze zuurstof vrijgeven. Deze organische stoffen worden door planten gebruikt als grondstof voor hun groei en voortplanting, en ook kooldioxide komt vrij door planten, waardoor de cyclus van kooldioxide wordt voltooid.
Dieren en micro-organismen kunnen kooldioxide ook omzetten in zuurstof via het ademhalingsproces. Vooral sommige mariene organismen, zoals zeewier, enz., kunnen een grote hoeveelheid kooldioxide omzetten in organisch materiaal, waardoor het mariene milieu verandert.
Bovendien kunnen sommige chemische reacties kooldioxide ook in andere stoffen omzetten. Het verbranden van steenkool kan bijvoorbeeld kooldioxide omzetten in zwaveldioxide en water, en calciumcarbonaat kan kooldioxide omzetten in calciumcarbonaat, dat kan worden gebruikt om materialen zoals metalen en cement te maken. Bovendien kunnen sommige chemische reacties kooldioxide ook omzetten in koolwaterstoffen, zoals methaan, en deze voor verschillende doeleinden gebruiken.
Samenvattend kunnen planten, dieren, microben en sommige chemische reacties allemaal het milieu veranderen door koolstofdioxide in andere stoffen om te zetten.
3. Kunnen we CO2 weer omzetten in steenkool?
In theorie is het ook mogelijk.
Waar kwam de steenkool vandaan? Het wordt geproduceerd door planten die in de grond zijn begraven. Het koolstofelement in planten is soms afkomstig van het absorberen van planten koolstofdioxide in de lucht en zet ze via fotosynthese om in organisch materiaal. Daarom is voor hetzelfde aantal mol koolstofatomen de energie van koolstofdioxide lager dan die van steenkool. Daarom kan in de natuur de reactie van het verbranden van steenkool om kooldioxide te genereren spontaan verlopen wanneer aan de initiële energie (zoals ontsteking) is voldaan, maar het proces van het omzetten van kooldioxide in organisch materiaal kan niet spontaan verlopen en moet via fotosynthese verlopen, en de energie komt van de zon.
Als we het hebben over kunstmatige raffinage, kunnen we het fotosynthese- en steenkoolvormingsproces simuleren. Er is echter helemaal geen economisch voordeel.
4. Kan CO2 worden omgezet in aardgas?
Ja, de chemische methode kost veel energie, dus de winst is het verlies waard.
Het planten van bomen en het gebruiken van de natuur om te transformeren kost veel tijd en vereist de inspanningen van iedereen op lange termijn, en het stevige, consistente, praktische en effectieve beleid van Z-F om de vegetatie van de aarde te vergroten, en niet te verminderen. Nadat de vegetatie koolstofdioxide heeft verbruikt, verandert het door de beweging van de aardkorst in olie, enz., zoals in de oudheid.
Er is ook een soort graan dat kooldioxide absorbeert en uit graan en stro direct alcohol en biogas produceert, wat ook een transformatie is
5. Wat gebeurt er als kooldioxide en waterstof zich vermengen?
Kooldioxide en waterstof kan reageren om verschillende producten te produceren onder verschillende reactieomstandigheden:
1. Kooldioxide en waterstof reageren bij hoge temperatuur en vormen koolmonoxide en water;
2. Kooldioxide en waterstof reageren onder hoge temperatuur en hoge druk om methaan en water te vormen. Methaan is de eenvoudigste organische stof en het hoofdbestanddeel van aardgas, biogas, mijngas, enz., algemeen bekend als gas;
3. Kooldioxide en waterstof reageren bij hoge temperatuur en voegen een katalysator-ruthenium-fosfine-chroomverbinding toe om methanol te produceren, de eenvoudigste verzadigde eenwaardige alcohol en een kleurloze en vluchtige vloeistof met alcoholgeur. Het wordt gebruikt voor de productie van formaldehyde en pesticiden, enz., en wordt gebruikt als extractiemiddel voor organisch materiaal en als denatureringsmiddel voor alcohol.
6. Kooldioxide omzetten in vloeibare brandstoffen
Chemici van de Universiteit van Illinois zijn erin geslaagd brandstof te creëren uit water, koolstofdioxide en zichtbaar licht door middel van kunstmatige fotosynthese. Door koolstofdioxide om te zetten in complexere moleculen zoals propaan, is de groene energietechnologie met succes vooruitgegaan in het benutten van overtollige koolstofdioxide en het opslaan van zonne-energie in de vorm van chemische bindingen voor gebruik tijdens perioden van weinig zonlicht en een piek in de vraag naar energie.
Planten gebruiken zonlicht om de reactie van water en koolstofdioxide aan te drijven en zo energierijke glucose te produceren om zonne-energie op te slaan. In de nieuwe studie ontwikkelden de onderzoekers een kunstmatige reactie met behulp van elektronenrijke gouden nanodeeltjes als katalysator om kooldioxide en water om te zetten in brandstof met behulp van het zichtbare groene licht dat planten gebruiken bij natuurlijke fotosynthese. Deze nieuwe bevindingen zijn gepubliceerd in het tijdschrift Nature Communications.
“Ons doel is om complexe, vloeibaar te maken koolwaterstoffen te produceren uit overtollige kooldioxide en duurzame energiebronnen zoals zonne-energie”, zegt Prashant Jain, hoogleraar scheikunde en co-auteur van het onderzoek. "Vloeibare brandstoffen zijn ideaal omdat ze compatibel zijn met gasvormige brandstoffen. Ze zijn gemakkelijker, veiliger en zuiniger te transporteren, en ze zijn gemaakt van moleculen met lange ketens met meer bindingen, wat betekent dat ze een grotere energiedichtheid hebben."
In het laboratorium van Jain gebruikte Sungju Yu, een postdoctoraal onderzoeker en de eerste auteur van het onderzoek, een metaalkatalysator om groen licht te absorberen en de elektronen en protonen te transporteren die nodig zijn voor de chemische reactie van koolstofdioxide en water, en fungeert als chlorofyl in de natuurlijke fotosynthese.
Gouden nanodeeltjes werken bijzonder goed als katalysator omdat hun oppervlak gemakkelijk reageert met koolstofdioxidemoleculen, waardoor ze effectief lichtenergie absorberen zonder af te breken zoals andere roestgevoelige metalen, zei Jain.
Er zijn veel manieren om de energie vrij te maken die is opgeslagen in de chemische bindingen van koolwaterstofbrandstoffen. De eenvoudige en traditionele manier om zonne-energie te verbranden zou echter uiteindelijk meer koolstofdioxide produceren, wat in strijd is met het idee om zonne-energie op te vangen en op te slaan, zei Jain.
"Er zijn andere niet-traditionele toepassingen van koolwaterstoffen op deze manier gemaakt", zei hij. "Ze kunnen stroom en spanning opwekken om brandstofcellen van stroom te voorzien. Er zijn veel laboratoria over de hele wereld die eraan werken om ze efficiënter te maken." zet de chemische energie in koolwaterstoffen om in elektrische energie.”
