100kitov.ru

Интересные факты — события, биографии людей, психология
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Разработан новый способ преобразования парниковых газов в топливо

Реактор на углекислом газе производит марсианское топливо

Инженеры из Университета Цинциннати разрабатывают новые способы преобразования парниковых газов в топливо для решения проблемы изменения климата и возвращения астронавтов домой с Марса.

Доцент Инженерного и прикладного научного колледжа Калифорнийского университета Цзинцзе Ву и его студенты использовали углеродный катализатор в реакторе для преобразования углекислого газа в метан. Реакция, известная как “реакция Сабатье” от покойного французского химика Поля Сабатье, это процесс, который Международная космическая станция использует для очистки воздуха от углекислого газа, которым дышат астронавты, и выработки ракетного топлива для поддержания станции на высокой орбите.

Но Ву мыслит гораздо шире.

Атмосфера Марса почти полностью состоит из углекислого газа. По словам Ву, астронавты могли бы сэкономить половину топлива, необходимого им для обратного путешествия домой, сделав то, что им нужно, на красной планете, как только они прибудут.

“Это как заправочная станция на Марсе. Вы могли бы легко прокачивать углекислый газ через этот реактор и производить метан для ракеты”, – сказал Ву.

Исследование Калифорнийского университета было опубликовано в журнале Nature Communications совместно с сотрудниками Университета Райса, Шанхайского университета и Восточно-Китайского университета науки и техники.

Ву начал свою карьеру в области химической инженерии с изучения топливных элементов для электромобилей, но около 10 лет назад начал изучать конверсию углекислого газа в своей лаборатории химической инженерии.

“Я понял, что парниковые газы станут большой проблемой”, – сказал Ву. “Многие страны осознали, что углекислый газ является большой проблемой для устойчивого развития нашего общества. Вот почему я думаю, что нам нужно достичь углеродной нейтральности”.

Администрация Байдена поставила цель достичь 50% – ного сокращения выбросов парниковых газов к 2030 году и экономики, основанной на возобновляемых источниках энергии, к 2050 году.

“Это означает, что нам придется перерабатывать углекислый газ”, – сказал Ву.

Ву и его ученики, в том числе ведущий автор Калифорнийского университета Тянью Чжан, экспериментируют с различными катализаторами, такими как графеновые квантовые точки – слои углерода размером всего в нанометры, – которые могут увеличить выход метана.

Ву сказал, что этот процесс обещает помочь смягчить последствия изменения климата. Но он также имеет большое коммерческое преимущество в производстве топлива в качестве побочного продукта.

“Этот процесс в 100 раз продуктивнее, чем был всего 10 лет назад. Так что вы можете себе представить, что прогресс будет приходить все быстрее и быстрее”, – сказал Ву. “В ближайшие 10 лет у нас будет много начинающих компаний, которые будут коммерциализировать эту технику”.

Читайте так же:
Как удалось определить, из чего состоит Земля?

Студенты Ву используют различные катализаторы для получения не только метана, но и этилена. Этилен, называемый самым важным химическим веществом в мире, используется в производстве пластмасс, резины, синтетической одежды и других изделий.

“Зеленая энергия будет очень важна. В будущем она будет представлять собой огромный рынок. Поэтому я хотел поработать над этим”, – сказал Чжан.

Синтез топлива из углекислого газа становится еще более коммерчески выгодным в сочетании с возобновляемыми источниками энергии, такими как солнечная или ветровая энергия, сказал Ву.

“Прямо сейчас у нас есть избыток зеленой энергии, которую мы просто выбрасываем. Мы можем хранить этот избыток возобновляемой энергии в химических веществах”, – сказал он.

Этот процесс масштабируется для использования на электростанциях, которые могут генерировать тонны углекислого газа. И это эффективно, так как конверсия может происходить прямо там, где образуется избыток углекислого газа.

Ву сказал, что успехи в производстве топлива из углекислого газа делают его более уверенным в том, что люди ступят на Марс при его жизни.

“Прямо сейчас, если вы хотите вернуться с Марса, вам нужно будет взять с собой в два раза больше топлива, которое очень тяжелое”, – сказал он. “В будущем вам понадобятся другие виды топлива. Таким образом, мы можем производить метанол из углекислого газа и использовать его для производства других материалов, идущих дальше по энергетической лестнице. Тогда, может быть, однажды мы сможем жить на Марсе”.

Дорогие друзья! Желаете всегда быть в курсе последних событий во Вселенной? Подпишитесь на рассылку оповещений о новых статьях, нажав на кнопку с колокольчиком в правом нижнем углу экрана ➤ ➤ ➤

Разработан новый способ преобразования парниковых газов в топливо

Объединенная группа исследователей из Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии и Университета Майами,США разработала технологический процесс, позволяющий цианобактериям использовать электричество для превращения углекислого газа в этилен или ацетат. В своей работе, опубликованной в журнале Energy & Environmental Science, участники эксперимента описывают свой метод и его возможное использование в качестве системы хранения энергии.

реклама

Как отмечают исследователи, естественный фотосинтез является неэффективным способом преобразования углекислого газа в полезные для человека соединения. В этой новой работе исследователи изменили часть процесса, чтобы сделать его более эффективным, и тем самым разработали новый способ хранения энергии.

Новая концепция фотосинтеза поднимает порог эффективности естественного фотосинтеза для селективного производства топливных химикатов.

Изображение, показывающее платформу фото-электросинтеза
Новая концепция фотосинтеза поднимает порог эффективности естественного фотосинтеза для селективного производства топливных химикатов.

Читайте так же:
Появление журнала «Крестьянка»

Ученые разделили естественный фотосинтез на две основные системы — фотосистему I и фотосистему II. Фотосистема I использует свет для переноса электронов через мембрану. В фотосистеме II ферменты захватывают фотоны, которые в свою очередь заряжают электроны. Исследователи отметили, что эта система не является эффективной из-за трех основных недостатков. Во-первых, фотосистема I и фотосистема II, которые поглощают свет и возбуждают электроны в процессе фотосинтеза, имеют перекрывающиеся спектры поглощения и поэтому конкурируют за световую энергию. Во-вторых, кислород, вырабатываемый фотосистемой II, конкурирует с углекислым газом за активный центр RuBisCO, фермента, ответственного за фиксацию углекислого газа. Это вызывает фотодыхание, которое конкурирует с желаемым путем фиксации углерода. В-третьих, фотосинтез может использовать световую энергию только из небольшой области солнечного спектра, примерно 400-700 нм.

Чтобы преодолеть эти ограничения, группа ученых под руководством Джеффри Блэкберна и Вэя Ксионга разработала систему, которая позволяет цианобактериям использовать внешний источник электронов и света для фиксации углекислого газа. Они генетически удалили фотосистему II из цианобактерий и прикрепили модифицированные клетки к катоду в электрохимической цепи. При свете электричество, подаваемое извне, действовало как искусственная фотосистема II, доставляя электроны к фотовозбужденной фотосистеме I, позволяя клеткам преобразовывать углекислый газ в топливные молекулы, такие как ацетат и этилен. Удаляя фотосистему II, «мы блокируем фотосистему, которая имеет отношение к выделению кислорода, поэтому процесс фотодыхания может быть подавлен», — объясняет Вэй. В то же время, в нашей системе требуется только одна фотосистема, поэтому нет конкуренции за поглощение света».

Для выработки электроэнергии можно использовать возобновляемые источники, поэтому система представляет собой перспективный способ хранения такой энергии. Количество возобновляемой энергии, которую мы используем, растет с каждым годом, но электроны не всегда доставляются именно в то время, когда их нужно использовать», — объясняет Блэкберн. При использовании этой стратегии «вы получаете электроны, потенциально от фотоэлектрической энергии или энергии ветра, и храните их в виде химической энергии, используя интерфейс бактерии-материала, который выполняет это преобразование за вас». Это также дает дополнительное преимущество: вы получаете парниковый газ, углекислый газ, и превращаете его в полезный химический продукт».

«Зеленый» переход: с чего Россия начнет декарбонизацию экономики

Фото: Виталий Невар / ТАСС

Правительство России начинает подготовку к низкоуглеродному будущему и изучает варианты адаптации экономики к глобальному энергопереходу. Совещание с вице-премьерами на эту тему провел глава правительства Михаил Мишустин.

Рабочим группам с участием представителей различных министерств к декабрю этого года нужно проанализировать, какие отрасли и в какой степени должны быть охвачены декарбонизацией, а также подготовить прогноз по энергопереходу до 2050 года и обозначить конкретные цели до 2030 года. Решено, что деятельность рабочих групп по этому вопросу будет курировать первый вице-премьер Андрей Белоусов.

Читайте так же:
Как делают электронные замки (видео)

Задача стоит комплексная. Проблем много — это и международные соглашения о «двойном» углеродном налоге, и стандарты раскрытия и взаимного признания информации, и стандартизация международных подходов к учету факторов, определяющих нормативы декарбонизации. Сегодня наша страна в индексе эффективности энергетического перехода Всемирного экономического форума 2021 года не на лидирующих позициях.

Теория зеленой экономики, базирующаяся на постулатах о том, что невозможно бесконечно удовлетворять растущие потребности в условиях ограниченности ресурсов, сформировалась в конце прошлого века. Наиболее осязаемым проявлением этих подходов стал объявленный многими странами переход к низкоуглеродной — или декарбонизированной — экономике. Он предполагает внедрение технологий, позволяющих производить товары с минимальным выбросом парниковых газов, налаживание утилизации и переработки отходов, а также «зеленую» эксплуатацию зданий и сооружений.

Экономическими инструментами для перехода к низкоуглеродной экономике должны стать торговля эмиссионными квотами, углеродные налоги, государственные закупки экологичной продукции и инвестиции в экологическую инфраструктуру.

В 2019 году Еврокомиссия представила «Европейское зеленое соглашение» — документ, направленный на превращение Европы к 2050 году в первый климатически нейтральный континент с полным прекращением выбросов парниковых газов. К 2023 году ЕС планирует ввести углеродный налог на импорт продукции из тех стран, где превышены выбросы парниковых газов.

В первую очередь это скажется на российских поставках черных металлов, угля, газа и нефтепродуктов, алюминия, цемента, удобрений и продуктов нефтехимии в Европу. Второй по значимости для России экспортный рынок — Китай — в начале 2020 года объявил о целях достижения углеродной нейтральности к 2060 году и запустил торговлю квотами на выбросы.

Сейчас более половины российского экспорта приходится на топливно-энергетические товары. Потенциальные потери российского бизнеса от мирового перехода к низкоуглеродной экономике, по самым консервативным сценариям, оцениваются в десятки миллиардов долларов. Россия в 2019 году присоединилась к многостороннему Парижскому соглашению по климату и взяла на себя обязательство сократить объем парниковых выбросов к 2030 году на 25–30% от уровня 1990 года. При этом была сделана важная оговорка — с учетом максимально возможной поглощающей способности лесов.

В этом году подготовлен проект «Стратегии долгосрочного развития Российской Федерации с низким уровнем выбросов парниковых газов до 2050 года». Базовый сценарий стратегии направлен на то, чтобы к 2030 году сократить углеродные выбросы до объема 67% от уровня 1990 года, а к 2050-му выйти на 64%.

Читайте так же:
Как обрабатывают и хранят кровь

Известно, что Россия — экологический «донор» планеты. Мы больше поглощаем, чем выбрасываем. Это важное конкурентное преимущество. Главное — не потерять его, научиться правильно считать и эффективно использовать. Эту норму также нельзя расценивать как возможность не снижать объем выбросов и уповать на то, что наши леса все поглотят. Пока, к сожалению, их площадь сокращается из-за частых пожаров в Сибири и на Дальнем Востоке.

Есть надежда, что уже в этом году получится запустить систему «зеленого» финансирования. У бизнеса появится возможность привлекать более дешевые деньги на модернизацию своих производств. Необходимо увеличить долю возобновляемых источников в балансе потребления электроэнергии. Сегодня она составляет около 1%, тогда как цель — 10% к 2040 году. Нужно будет развивать «чистую» генерацию — ГЭС и АЭС, модернизировать ТЭЦ (их доля в энергетике России — около 60%), многие из которых работают на угле.

Необходимо не только сокращать потребление углеводородов и экологически грязной электроэнергии, но и снижать углеродоемкость продукции — цемента, металла, нефтехимии, удобрений.

Государству, регионам и компаниям придется внедрять принципы экологического, социального и корпоративного (ESG) управления. Это тоже непросто и встречает сопротивление. Так, Sual Partners выступает против преобразования UC Rusal в Al+, хотя предполагалось, что это будет один из этапов трансформации компании для экспорта продукции с низким углеродным следом.

Например, богатая Сахалинская область может позволить себе поставить цель достичь углеродной нейтральности к 2025 году, а остальные регионы Дальнего Востока — вряд ли. Вслед за Сахалином к торговле квотами на выбросы углерода готовы приступить Нижегородская и Калининградская области. И пока это всё. Большие проблемы прогнозируются и в ныне относительно благополучных угольных регионах — таких как Кузбасс и Хакасия. Серьезным вызовом является и ситуация в сельском хозяйстве — для органического потребления без использования химикатов нужно на 35% больше земли, чем при обычном аграрном производстве.

Главное при реализации программы — не подорвать конкурентоспособность экономики и не потерять, а укрепить позиции российских компаний на мировых рынках.

Предложена технология переработки парниковых газов в электричество и водородное топливо

Вдохновленные ролью океана в качестве эффективного естественного поглотителя углерода, ученые из южнокорейского Национального института науки и технологий Ульсана (UNIST) в сотрудничестве со специалистами из Технологического института Джорджии (США) разработали новую систему фильтрации, которая поглощает CO2 и производит из него электричество и пригодное для использование водородное топливо.

Читайте так же:
Астрономы обнаружили системы трех огромных черных дыр

Новая установка Hybrid Na-CO2 System по сути представляет собой большую жидкую батарею. Система состоит из анода из металлического натрия, который помещается в органический электролит, и катода, помещенного в специальный водный раствор. Обе жидкости разделены натриевой мембраной Super Ionic Conductor (NASICON).

Когда в водный раствор подается запас CO2, он входит в реакцию с катодом, в результате чего раствор в резервуаре окисляется, что в свою очередь приводит к генерации электричества и производству водорода. Ученые отмечают, что в ходе испытаний эффективность преобразования CO2 в полезные продукты составила 50 процентов, а сама система оказалась достаточно стабильной и проработала более 1000 часов в полной нагрузке без каких-либо повреждений электродов. В отличии от других систем переработки, говорят разработчики, их установка при работе не производит никаких вредных выбросов. Оставшийся в резервуаре CO2 оседает и извлекается из электролита в виде старой пищевой соды.

«Технологии захвата, использования и хранения углерода в последнее время привлекают к себе повышенное внимание, поскольку обладают потенциалом, способным помочь нам справиться с глобальным потеплением. Ключом к данным технологиям является простое преобразование химически стабильных молекул CO2 в другие материалы. Наша новая система полагается на механизм растворения CO2», — комментирует профессор Ганта Ким, ведущий автор исследования, результаты которого были опубликованы в журнале iScience.

Разработанная инженерами и учеными установка Hybrid Na-CO2 System – не единственный концепт системы для сбора, хранения и переболтки углекислого газа, однако пока не совсем понятно, смогут ли этих технологии стать достаточно практичными в больших масштабах, чтобы оказать значительное влияние на объемы содержания CO2 в атмосфере. Например, технология прямого захвата диоксида углерода, разработанная компанией Climeworks, выглядит на данный момент одной из самых многообещающих. Но если учесть, что за год она способна переработать лишь 150 тонн CO2 при ежегодных выбросах в атмосферу в объеме 40 миллиардов тонн, то выглядит это все как попытка вычерпать воду из тонущего корабля обычной кружкой.

И все же разработчики Hybrid Na-CO2 System отмечают, что в их системе имеется простор для улучшения любой составляющей. А «вишенкой на торте» служит возможность производства электричества и водородного топлива, которое можно будет использовать, например, в водородном транспорте.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию