Формула углекислоты: Углекислота жидкая , СО2, двуокись углерода, диоксид углерода

alexxlab | 28.09.1972 | 0 | Разное

Формула углекислого газа – интернет энциклопедия для студентов

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Двуокись углерода (двуокись углерода, двуокись углерода, моноксид углерода (IV), карбоновый ангидрид, сухой лед) представляет собой бесцветный газ без запаха со слегка кислотным вкусом. Сформировано путем объединения двух элементов: углерода и кислорода.

Химические, структурные и электронные формулы двуокиси углерода

Химическая формула: \(\ \mathrm{CO} 2 \)

Структурная формула: \(\ O=C=O \)

Электронная формула:

Химические, структурные и электронные формулы двуокиси углерода

Молярная масса: 44,01 г / моль.

Физические свойства двуокиси углерода

В стандартных условиях – газ без цвета и запаха, с кислым вкусом. При атмосферном давлении в жидком состоянии не существует, а сильное охлаждение кристаллизуется в виде «сухого льда» – белой снежной массы. Температура сублимации составляет -78 ° С. В обычных условиях 0,9 объема двуокиси углерода растворяют в одном объеме воды.

Химические свойства двуокиси углерода

Это оксид кислоты.

При растворении в воде образуется угольная кислота:

\(\ C O_{2}+H_{2} O \leftrightarrow H_{2} C O_{3} \)

Он взаимодействует с основными оксидами и основаниями с образованием карбонатов и бикарбонатов (соли углекислоты):

\(\ N a_{2} O+C O_{2} \rightarrow N a_{2} C O_{3} \)

\(\ 2 K O H+C O_{2} \rightarrow K_{2} C O_{3}+H_{2} O \)

\(\ \mathrm{KOH}+\mathrm{CO}_{2}(избыток) \rightarrow K H C O_{3} \)

Не поддерживает горение, но при нагревании может окислять активные металлы:

\(\ C O_{2}+2 M g \rightarrow 2 M g O+C \)

Качественная реакция – мутность извести \(\ (\mathrm{Ca}(\mathrm{OH}) 2) \) из-за образования белого осадка карбоната кальция:

\(\ \mathrm{Ca}(\mathrm{OH})_{2}+\mathrm{CO}_{2} \rightarrow \mathrm{CaCO}_{3} \downarrow+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O} \)

Углекислый газ образуется гниением и сжиганием органического вещества.{\circ} \mathrm{C}}{\longrightarrow} \mathrm{CaO}+\mathrm{CO}_{2} \uparrow \)

В лаборатории – действием сильных кислот на карбонаты или бикарбонаты:

\(\ \mathrm{CaCO}_{3}+2 \mathrm{HCl} \rightarrow \mathrm{CaCl}_{2}+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}+\mathrm{CO}_{2} \uparrow \)

Примеры решения проблем

ПРИМЕР 1

Задача

Рассчитать количество двуокиси углерода \(\ (\mathrm{NU}) \), которое может быть получено путем сжигания 12 тонн угля, если выход продукта составляет 90% от теоретически возможного.

Решение.

Напишите уравнение для реакции горения:

\(\ C+O_{2}=C O_{2} \)

Рассчитайте количество углеродного вещества по формуле:

\(\ n(C)=\frac{m(C)}{M(C)}=\frac{12000000}{12}=1000000 моль \)

Согласно уравнению реакции

\(\ n(C)=n\left(C O_{2}\right)=1000000 моль \)

1 моль газа в нормальных условиях составляет 22,4 литра.

Рассчитайте теоретический объем углекислого газа:

\(\ Vteor\left(C O_{2}\right)=1000000 \cdot 22,4=2240000=22400м3 \)

Мы вычисляем практический объем углекислого газа:

\(\ Vpract\left(C O_{2}\right)=22400 \cdot 0,9=20160м3 \)

Ответ.

Объем производимого диоксида углерода равен 20160 м3.

ПРИМЕР 2

Задача

Рассчитать объем 20% раствора соляной кислоты (плотность = 1,1 г / мл), что необходимо для получения 5,6 литров диоксида углерода из образца известняка, который содержит 5% примесей.

Решение.

Напишите уравнение реакции:

\(\ \mathrm{CaCO}_{3}+2 \mathrm{HCl} \rightarrow \mathrm{CaCl}_{2}+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}+\mathrm{CO}_{2} \uparrow \)

Во время реакции образуется углекислота \(\ (\mathrm{H} 2 \mathrm{CO} 3) \), которая сразу же разлагается в воду \(\ (\mathrm{H} 2 \mathrm{O}) \) и двуокись углерода \(\ (\mathrm{CO} 2) \).

Рассчитайте количество вещества диоксида углерода по формуле:

\(\ n=\frac{V}{V_{m}} \)

где \(\ \mathrm{Vm} \) – молярный объем, т. е. объем, который занимает один моль газа в нормальных условиях. \(\ \mathrm{Vm}=22,4 л/моль \)

Затем:

\(\ n\left(C O_{2}\right)=\frac{V\left(C O_{2}\right)}{V_{m}\left(C O_{2}\right)}=\frac{5,6}{22,4}=0,25 моль \)

Для расчета количества вещества соляной кислоты мы составляем пропорцию в соответствии с уравнением реакции:

2 моля \(\ \mathrm{HCl} \) приводят к образованию 1 моль \(\ \mathrm{CO} 2 \)

x моль \(\ \mathrm{HCl} \)приводит к образованию 0,25 моль \(\ \mathrm{CO} 2 \)

Отсюда:

\(\ x=\frac{2.0,25}{1}моль \)

Молярная масса соляной кислоты составляет 36,5 г / моль. Рассчитайте массу соляной кислоты:

\(\ m(H C l)=n(H C l) \cdot M(H C l)=0,5моль\cdot 36,5г/моль=18,25г \)

Выражение для массовой доли вещества в растворе:

\(\ \omega=\frac{\pi r_{b}-b a}{m_{p-p a}} \)

Рассчитайте массу раствора соляной кислоты по формуле:

\(\ m_{p-p a}=\frac{m_{B C l}}{\omega}=\frac{18,25}{0,2}=91,25 \mathrm{г} \)

Если раствор \(\ \mathrm{HCl} \) составляет 20%, то массовая доля соляной кислоты в нем будет равна 0,20.

Рассчитайте объем раствора соляной кислоты по формуле:

\(\ V=m / \rho=91,25 / 1,1=82,95_{\mathrm{мл}} \)

Ответ.

Объем 20% -ного раствора соляной кислоты составляет 82,95 мл.

Углекислота (CO2)

Приобрести сжиженный диоксид углерода можно на головном предприятии по заранее согласованной заявке(КОНТАКТЫ) Приобрести двуокись углерода можно во всех торговых представительствах (КОНТАКТЫ) Ознакомится со способами доставки (УСЛУГИ)

Углекислота(СО2)-она же двуокись углерода, диоксид углерода, углекислый газ представляет собой газ, не имеющий цвета и запаха, инертный газ. Для удобства хранения при повышенном давлении углекислота сжижается и заливается в баллоны, вместимость которых может составлять до 50дм3.

Сферы применения

• в машиностроении, обеспечивая холодную посадку элементов различных механизмов;
• для тонкой заточки режущих частей механизмов;
• при выполнении электросварочных работ, препятствуя контакту разогретого металла с окружающим воздухом;
• в металлургии – литейные формы, продуваемые углекислотой быстрей остывают, и точней сохраняют заданную форму;
• для вызова искусственных дождей, обеспечивающих более высокую урожайность сельскохозяйственных культур;
• при производстве углекислотных огнетушителей, которые препятствуют распространению огня более эффективно чем традиционная пена;

Технические характеристики

Название	Углекислота, диоксид углерода, двуокись углерода, углекислый газ
Формула	СО2
Класс опасности	2.1
Номер в списке ООН	1013

Физические свойства

Физическое состояние	При нормальном давлении и температуре – газ, при температуре менее –78°С – твердое, способен принимать жидкое состояние только при высоком давлении
Плотность	1,84 кг/м3 – при нормальных условиях: температуре +20°С, давлении 101,3 кПа
Температура кипения	–78, 45°С
Тройная точка	– 56,6°С, равновесное давление для нее – 0,517 мПа
Способность растворяться в воде	1600 мг/л
Пожароопасность	безопасен
Взрывоопасность	безопасен
Стабильность	Стабилен
Активность химическая	Инертный газ
Токсичность	Не токсичен
Вред для окружающей среды	Безвреден
средства тушения пожара допустимые к использованию в местах, где находятся баллоны с двуокисью углерода	Любые

Хранение баллонов

Допускается хранение баллонов в помещениях и на улицах под навесом, защищающем их от солнечных лучей и атмосферных осадков. В помещении они должны находится на расстоянии не менее одного метра от нагревательных приборов.

Они могут храниться горизонтально на стеллажах, или вертикально – в специальных гнездах, клетях.

Транспортировка

 1) Доставка сжиженного диоксида углерода специальным транспортом. 

2) Доставка в кассетах по 8 баллонов и европаллетах по 12 баллонов

Заказать углекислоту или получить профессиональную консультацию относительно его приобретения, эффективной и безопасной эксплуатации, условия сотрудничества вы можете по телефонам наших торговых представительствах (КОНТАКТЫ).

Формула Углекислого газа структурная химическая

Структурная формула

Истинная, эмпирическая, или брутто-формула: CO₂

Химический состав Углекислого газа

Символ	Элемент	Атомный вес	Число атомов	Процент массы
C	Углерод	12.011	7	27,3%
O	Кислород	15.999	1	72,7%

Молекулярная масса: 44.009

Диокси́д углеро́да (углеки́слый газ, двуо́кись углеро́да, окси́д углеро́да (IV), у́гольный ангидри́д) — бесцветный газ (в нормальных условиях), без запаха, с химической формулой CO₂. Плотность при нормальных условиях 1,98 кг/м³ (тяжелее воздуха). При атмосферном давлении диоксид углерода не существует в жидком состоянии, переходя непосредственно из твёрдого состояния в газообразное. Твёрдый диоксид углерода называют сухим льдом. При повышенном давлении и обычных температурах углекислый газ переходит в жидкость, что используется для его хранения. Концентрация углекислого газа в атмосфере Земли составляет в среднем 0,04 %. Углекислый газ легко пропускает ультрафиолетовые лучи и лучи видимой части спектра, которые поступают на Землю от Солнца и обогревают её. В то же время он поглощает испускаемые Землёй инфракрасные лучи и является одним из парниковых газов, вследствие чего принимает участие в процессе глобального потепления. Постоянный рост уровня содержания этого газа в атмосфере наблюдается с начала индустриальной эпохи.

Оксид углерода(IV) — углекислый газ, газ без запаха и цвета, тяжелее воздуха, при сильном охлаждении кристаллизуется в виде белой снегообразной массы — «сухого льда». При атмосферном давлении он не плавится, а испаряется, температура сублимации −78 °С. Углекислый газ образуется при гниении и горении органических веществ. Содержится в воздухе и минеральных источниках, выделяется при дыхании животных и растений. Растворим в воде (1 объём углекислого газа в одном объёме воды при 15 °С).

По химическим свойствам диоксид углерода относится к кислотным оксидам. При растворении в воде образует угольную кислоту. Реагирует с щёлочами с образованием карбонатов и гидрокарбонатов. Вступает в реакции электрофильного замещения (например, с фенолом) и нуклеофильного присоединения (например, с магнийорганическими соединениями). Оксид углерода(IV) не поддерживает горения. В нём горят только некоторые активные металлы. Взаимодействует с оксидами активных металлов. При растворении в воде образует угольную кислоту. Реагирует со щёлочами с образованием карбонатов и гидрокарбонатов.

Организм человека выделяет приблизительно 1 кг (2,3 фунта) углекислого газа в сутки. Этот углекислый газ переносится от тканей, где он образуется в качестве одного из конечных продуктов метаболизма, по венозной системе и затем выделяется с выдыхаемым воздухом через лёгкие. Таким образом, содержание углекислого газа в крови велико в венозной системе, и уменьшается в капиллярной сети лёгких, и мало в артериальной крови. Содержание углекислого газа в пробе крови часто выражают в терминах парциального давления, то есть давления, которое бы имел содержащийся в пробе крови в данном количестве углекислый газ, если бы весь объём пробы крови занимал только он. Углекислый газ (CO₂) транспортируется в крови тремя различными способами (точное соотношение каждого из этих трёх способов транспортировки зависит от того, является ли кровь артериальной или венозной).

• Большая часть углекислого газа (от 70 % до 80 %) преобразуется ферментом карбоангидразой эритроцитов в ионы гидрокарбоната.
• Около 5 % — 10 % углекислого газа растворено в плазме крови.
• Около 5 % — 10 % углекислого газа связано с гемоглобином в виде карбаминосоединений (карбогемоглобин).

Гемоглобин, основной кислород-транспортирующий белок эритроцитов крови, способен транспортировать как кислород, так и углекислый газ. Однако углекислый газ связывается с гемоглобином в ином месте, чем кислород. Он связывается с N-терминальными концами цепей глобина, а не с гемом. Однако благодаря аллостерическим эффектам, которые приводят к изменению конфигурации молекулы гемоглобина при связывании, связывание углекислого газа понижает способность кислорода к связыванию с ним же, при данном парциальном давлении кислорода, и наоборот — связывание кислорода с гемоглобином понижает способность углекислого газа к связыванию с ним же, при данном парциальном давлении углекислого газа. Помимо этого, способность гемоглобина к преимущественному связыванию с кислородом или с углекислым газом зависит также и от pH среды. Эти особенности очень важны для успешного захвата и транспорта кислорода из лёгких в ткани и его успешного высвобождения в тканях, а также для успешного захвата и транспорта углекислого газа из тканей в лёгкие и его высвобождения там. Углекислый газ является одним из важнейших медиаторов ауторегуляции кровотока. Он является мощным вазодилататором. Соответственно, если уровень углекислого газа в ткани или в крови повышается (например, вследствие интенсивного метаболизма — вызванного, скажем, физической нагрузкой, воспалением, повреждением тканей, или вследствие затруднения кровотока, ишемии ткани), то капилляры расширяются, что приводит к увеличению кровотока и соответственно к увеличению доставки к тканям кислорода и транспорта из тканей накопившейся углекислоты. Кроме того, углекислый газ в определённых концентрациях (повышенных, но ещё не достигающих токсических значений) оказывает положительное инотропное и хронотропное действие на миокард и повышает его чувствительность к адреналину, что приводит к увеличению силы и частоты сердечных сокращений, величины сердечного выброса и, как следствие, ударного и минутного объёма крови. Это также способствует коррекции тканевой гипоксии и гиперкапнии (повышенного уровня углекислоты). Ионы гидрокарбоната очень важны для регуляции pH крови и поддержания нормального кислотно-щелочного равновесия. Частота дыхания влияет на содержание углекислого газа в крови. Слабое или замедленное дыхание вызывает респираторный ацидоз, в то время как учащённое и чрезмерно глубокое дыхание приводит к гипервентиляции и развитию респираторного алкалоза. Кроме того, углекислый газ также важен в регуляции дыхания. Хотя наш организм требует кислорода для обеспечения метаболизма, низкое содержание кислорода в крови или в тканях обычно не стимулирует дыхание (вернее, стимулирующее влияние нехватки кислорода на дыхание слишком слабо и «включается» поздно, при очень низких уровнях кислорода в крови, при которых человек нередко уже теряет сознание). В норме дыхание стимулируется повышением уровня углекислого газа в крови. Дыхательный центр гораздо более чувствителен к повышению уровня углекислого газа, чем к нехватке кислорода. Как следствие этого, дыхание сильно разрежённым воздухом (с низким парциальным давлением кислорода) или газовой смесью, вообще не содержащей кислорода (например, 100 % азотом или 100 % закисью азота) может быстро привести к потере сознания без возникновения ощущения нехватки воздуха (поскольку уровень углекислоты в крови не повышается, ибо ничто не препятствует её выдыханию). Это особенно опасно для пилотов военных самолётов, летающих на больших высотах (в случае попадания вражеской ракеты в кабину самолёта и разгерметизации кабины пилоты могут быстро потерять сознание). Эта особенность системы регуляции дыхания также является причиной того, почему в самолётах стюардессы инструктируют пассажиров в случае разгерметизации салона самолёта в первую очередь надевать кислородную маску самим, прежде чем пытаться помочь кому-либо ещё — делая это, помогающий рискует быстро потерять сознание сам, причём даже не ощущая до последнего момента какого-либо дискомфорта и потребности в кислороде. Дыхательный центр человека пытается поддерживать парциальное давление углекислого газа в артериальной крови не выше 40 мм ртутного столба. При сознательной гипервентиляции содержание углекислого газа в артериальной крови может снизиться до 10-20 мм ртутного столба, при этом содержание кислорода в крови практически не изменится или увеличится незначительно, а потребность сделать очередной вдох уменьшится как следствие уменьшения стимулирующего влияния углекислого газа на активность дыхательного центра. Это является причиной того, почему после некоторого периода сознательной гипервентиляции легче задержать дыхание надолго, чем без предшествующей гипервентиляции. Такая сознательная гипервентиляция с последующей задержкой дыхания может привести к потере сознания до того, как человек ощутит потребность сделать вдох. В безопасной обстановке такая потеря сознания ничем особенным не грозит (потеряв сознание, человек потеряет и контроль над собой, перестанет задерживать дыхание и сделает вдох, дыхание, а вместе с ним и снабжение мозга кислородом восстановится, а затем восстановится и сознание). Однако в других ситуациях, например, перед нырянием, это может быть опасным (потеря сознания и потребность сделать вдох наступят на глубине, и в отсутствие сознательного контроля в дыхательные пути попадёт вода, что может привести к утоплению). Именно поэтому гипервентиляция перед нырянием опасна и не рекомендуется.

В промышленных количествах углекислота выделяется из дымовых газов, или как побочный продукт химических процессов, например, при разложении природных карбонатов (известняк, доломит) или при производстве алкоголя (спиртовое брожение). Смесь полученных газов промывают раствором карбоната калия, которые поглощают углекислый газ, переходя в гидрокарбонат. Раствор гидрокарбоната при нагревании или при пониженном давлении разлагается, высвобождая углекислоту. В современных установках получения углекислого газа вместо гидрокарбоната чаще применяется водный раствор моноэтаноламина, который при определённых условиях способен абсорбировать CO₂, содержащийся в дымовом газе, а при нагреве отдавать его; таким образом отделяется готовый продукт от других веществ. Также углекислый газ получают на установках разделения воздуха как побочный продукт получения чистого кислорода, азота и аргона. В лабораторных условиях небольшие количества получают взаимодействием карбонатов и гидрокарбонатов с кислотами, например мрамора, мела или соды с соляной кислотой, используя, например, аппарат Киппа. Использование реакции серной кислоты с мелом или мрамором приводит к образованию малорастворимого сульфата кальция, который мешает реакции, и который удаляется значительным избытком кислоты. Для приготовления напитков может быть использована реакция пищевой соды с лимонной кислотой или с кислым лимонным соком. Именно в таком виде появились первые газированные напитки. Их изготовлением и продажей занимались аптекари.

В пищевой промышленности углекислота используется как консервант и разрыхлитель, обозначается на упаковке кодом Е290. Жидкая углекислота широко применяется в системах пожаротушения и в огнетушителях. Автоматические углекислотные установки для пожаротушения различаются по системам пуска, которые бывают пневматическими, механическими или электрическими. Устройство для подачи углекислого газа в аквариум может включать в себя резервуар с газом. Простейший и наиболее распространенный метод получения углекислого газа основан на конструкции для изготовления алкогольного напитка браги. При брожении, выделяемый углекислый газ вполне может обеспечить подкормку аквариумных растений. Углекислый газ используется для газирования лимонада и газированной воды. Углекислый газ используется также в качестве защитной среды при сварке проволокой, но при высоких температурах происходит его диссоциация с выделением кислорода. Выделяющийся кислород окисляет металл. В связи с этим приходится в сварочную проволоку вводить раскислители, такие как марганец и кремний. Другим следствием влияния кислорода, также связанного с окислением, является резкое снижение поверхностного натяжения, что приводит, среди прочего, к более интенсивному разбрызгиванию металла, чем при сварке в инертной среде. Углекислота в баллончиках применяется в пневматическом оружии (в газобаллонной пневматике) и в качестве источника энергии для двигателей в авиамоделировании. Хранение углекислоты в стальном баллоне в сжиженном состоянии выгоднее, чем в виде газа. Углекислота имеет сравнительно низкую критическую температуру +31°С. В стандартный 40-литровый баллон заливают около 30 кг сжиженного углекислого газа, и при комнатной температуре в баллоне будет находиться жидкая фаза, а давление составит примерно 6 МПа (60 кгс/см²). Если температура будет выше +31°С, то углекислота перейдёт в сверхкритическое состояние с давлением выше 7,36 МПа. Стандартное рабочее давление для обычного 40-литрового баллона составляет 15 МПа (150 кгс/см²), однако он должен безопасно выдерживать давление в 1,5 раза выше, то есть 22,5 МПа,— таким образом, работа с подобными баллонами может считаться вполне безопасной. Твёрдая углекислота — «сухой лёд» — используется в качестве хладагента в лабораторных исследованиях, в розничной торговле, при ремонте оборудования (например: охлаждение одной из сопрягаемых деталей при посадке внатяг) и т. д. Для сжижения углекислого газа и получения сухого льда применяются углекислотные установки.

Измерение парциального давления углекислого газа требуется в технологических процессах, в медицинских применениях — анализ дыхательных смесей при искусственной вентиляции лёгких и в замкнутых системах жизнеобеспечения. Анализ концентрации CO₂ в атмосфере используется для экологических и научных исследований, для изучения парникового эффекта. Углекислый газ регистрируют с помощью газоанализаторов основанных на принципе инфракрасной спектроскопии и других газоизмерительных систем. Медицинский газоанализатор для регистрации содержания углекислоты в выдыхаемом воздухе называется капнограф. Для измерения низких концентраций CO₂ (а также CO) в технологических газах или в атмосферном воздухе можно использовать газохроматографический метод с метанатором и регистрацией на пламенно-ионизационном детекторе.

Ежегодные колебания концентрации атмосферной углекислоты на планете определяются, главным образом, растительностью средних (40—70°) широт Северного полушария. Вегетация в тропиках практически не зависит от сезона, сухой пояс пустынь 20—30° (обоих полушарий) дает малый вклад в круговорот углекислоты, а полосы суши, наиболее покрытые растительностью, расположены на Земле асимметрично (в Южном полушарии в средних широтах находится океан). Поэтому с марта по сентябрь вследствие фотосинтеза содержание CO₂ в атмосфере падает, а с октября по февраль — повышается. Вклад в зимний прирост дают как окисление древесины (гетеротрофное дыхание растений, гниение, разложение гумуса, лесные пожары), так и сжигание ископаемого топлива (угля, нефти, газа), заметно увеличивающееся в зимний сезон. Большое количество углекислоты растворено в океане. Углекислый газ составляет значительную часть атмосфер некоторых планет Солнечной системы: Венеры, Марса.

Углекислый газ нетоксичен, но по воздействию его повышенных концентраций в воздухе на воздуходышащие живые организмы его относят к удушающим газам (англ.)русск.. Незначительные повышения концентрации до 2—4 % в помещениях приводят к развитию у людей сонливости и слабости. Опасными концентрациями считаются уровни около 7—10 %, при которых развивается удушье, проявляющее себя в головной боли, головокружении, расстройстве слуха и в потере сознания (симптомы, сходные с симптомами высотной болезни), в зависимости от концентрации, в течение времени от нескольких минут до одного часа. При вдыхании воздуха с высокими концентрациями газа смерть наступает очень быстро от удушья. Хотя, фактически, даже концентрация 5—7 % CO2 не смертельна, уже при концентрации 0,1 % (такое содержание углекислого газа наблюдается в воздухе мегаполисов) люди начинают чувствовать слабость, сонливость. Это показывает, что даже при высоких содержаниях кислорода большая концентрация CO2 сильно влияет на самочувствие. Вдыхание воздуха с повышенной концентрацией этого газа не приводит к долговременным расстройствам здоровья и после удаления пострадавшего из загазованной атмосферы быстро наступает полное восстановление здоровья.

Что нужно для хранения баллонов углекислоты

Углекислота, химическая формула вещества СО2 – продукт органической переработки, брожения. Газ в полтора раз тяжелее воздуха. Часто мы и не подозреваем, насколько часто сталкиваемся с этим веществом. С помощью углекислого газа, например, делают газированные напитки. При добавлении углекислоты из баллонов, где она находится под давлением, в напиток, он становится газированным, насыщаясь молекулами углекислого газа.

Сфера применения углекислого газа обширна. Невозможно обойтись без углекислоты в металлообработке и строительстве, углекислый газ необходим при сварке и лазерной резке металлов. Баллоны для тушения пожара заполняют углекислотой. Схема тушения пожара основана на свойстве сжиженного газа при резком контакте с воздухом превращаться в хлопья, напоминающие снег – сухой лед.

На предприятия, производства, в организации, где необходим углекислый газ – его привозят в специальной таре – баллонах. В баллонах газ хранится в сжиженном виде под давлением. Это наиболее удобный и безопасный способ хранения вещества. Несмотря на то, что углекислота не токсична, работа с ней может привести к травмам или даже летальному исходу: при сварке можно обжечься, газ не пригоден для дыхания и при больших концентрациях вызывает удушение.

Хранение баллонов углекислоты

В баллонах углекислый газ удобнее всего транспортировать и использовать. К баллонам предъявляют повышенные требования – они не должны пропускать вещество, быть безопасны при использовании, для этого их регулярно проверяют. Как мы выяснили, сфера применения углекислого газа очень большая, это и пищевая промышленность, и медицина и множество других.

Требования к баллонам с углекислотой

Углекислоту хранят в специальных емкостях – баллонах. Обязательным требованием для всех емкостей, содержащих химические вещества – маркировка цветом. Баллоны с углекислотой должны быть черного цвета с надписью «Углекислота» желтого цвета. На баллоне также указывают торговый знак производителя баллона, номер баллона, вес пустого баллона и дату следующего освидетельствования баллона.

Баллон находится под давлением, поэтому его регулярно проверяют. Прежде всего, баллон не должен пропускать воздух. Техническое освидетельствование баллона включает:

• наружный и внутренний осмотр
• гидравлическое испытание
• осмотр запорной арматуры баллона – вентилей.

Раз в пять лет баллоны полностью и тщательно исследуют – то есть проводят процедуру освидетельствования.

Хранение баллонов с углекислотой

Баллоны с углекислотой должны храниться в помещении или на открытом воздухе при температуре от -40 до +50 градусов Цельсия при условии соблюдения следующих моментов:

баллоны должны находиться в сухом месте, исключается попадание прямого солнечного света, и влаги;

размещать баллоны нужно на расстоянии 1 метра от источника отопления;

проверять колпаки и заглушки на баллоне, которые должны быть завернуты.

Возможно, как вертикальное, так и горизонтальное складирование баллонов. При горизонтальном размещении баллоны кладут на деревянные рамы или стеллажи, направляя вентили в одну сторону. При вертикально размещении баллоны устанавливают в специальные гнезда, клети, ограждают от падения барьером.

Нужно помнить, что газ в баллоне находится под давлением и его объем необходимо строго контролировать. Например, в 10-литровом баллоне помещается 6 кг углекислоты, превышение этого объем может привести к взрыву баллона.

К хранению любых химических веществ необходимо относиться ответственно. Несмотря на то, что углекислый газ в целом довольно безопасен для человека, при определенных условиях и он может нанести непоправимый вред. Хранение углекислоты на предприятиях, производстве осуществляют в баллонах. Данному виду специальной тары для химического вещества необходимо уделять пристальное внимание, следить за исправностью, регулярно проводить освидетельствования, осматривать, проверять запорную арматуру на баллоне и контролировать уровень давления газа в баллоне.

Углекислота – это… Что такое Углекислота?

Диоксид углерода
Другие названия	углекислый газ, углекислота, сухой лед(твердый)
Формула	CO2
Молярная масса	44.0095(14) г/моль
В твердом виде	сухой лед
Вид	бесцветный газ
Номер CAS	[124-38-9]
Свойства
Плотность и фазовое состояние	1.98 кг/м³, при н.у.; 771 кг/м³, жидкий; 1512 кг/м³, твёрдый
Растворимость в воде	1.45 кг/м³
Удельная теплота плавления	25.13 кДж/моль
Точка плавления	−57 °C (216 K), под давлением
Точка кипения	−78 °C (195 K), возгоняется
Константа диссоциации кислоты (pKa)	6.35 and 10.33
Вязкость	0.07 пз при −78 °C
Строение
Форма молекулы	линейная
Кристаллическая решётка	кварцевидная
Дипольный момент	ноль
Техника безопасности
MSDS	External MSDS
Главные опасности	удушающее, раздражающее
NFPA 704	0 0 0   (жидкость)
R-phrases	R: As, Fb
S-phrases	S9, S23, S36 (ж)
RTECS number	FF6400000
Страница дополнительных сведений
Структура и свойства	n, εr, и т. д.
Спектр	УФ, ИК, ЯМР, Масс-спектроскопия
Родственные соединения
Оксиды	CO C3O2 C2O CO3
Если не указано иное, данные даны для материалов при стандартных условиях (25 °C, 100 кПа) Infobox disclaimer and references

Диокси́д углеро́да (двуо́кись углеро́да, углеки́слый газ, окси́д углеро́да (IV), диокси́д углеро́да, у́гольный ангидрид, углекислота́) — CO₂, бесцветный газ со слегка кисловатым запахом и вкусом.

Концентрация углекислого газа в атмосфере Земли составляет 0,038 %.

Не следует путать с Диоксин.

Свойства

Физические

Плотность при нормальных условиях 1,98 г/л. При атмосферном давлении диоксид углерода не существует в жидком состоянии, переходя непосредственно из твёрдого состояния в газообразное. Твёрдый диоксид углерода называют сухим льдом. При повышенном давлении и обычных температурах углекислый газ переходит в жидкость, что используется для его хранения.

Углекислый газ легко пропускает ультрафиолетовые лучи и лучи видимой части спектра, которые поступают на Землю от Солнца и обогревают её. В то же время он поглощает испускаемые Землёй инфракрасные лучи и является одним из парниковых газов, вследствие чего принимает участие в процессе глобального потепления. Постоянный рост уровня содержания этого газа в атмосфере наблюдается с начала индустриальной эпохи.

Химические

По химическим свойствам диоксид углерода относится к кислотным оксидам. При растворении в воде образует угольную кислоту. Реагирует со щёлочами с образованием карбонатов и гидрокарбонатов. Вступает в реакции электрофильного замещения (например, с фенолом — реакция Кольбе) и нуклеофильного присоединения (например, с магнийорганическими соединениями).

Биологические

Диоксид углерода играет одну из главных ролей в живой природе, участвуя во многих процессах метаболизма живой клетки. Диоксид углерода получается в результате множества окислительных реакций у животных, и выделяется в атмосферу с дыханием. Углекислый газ атмосферы — основной источник углерода для растений. Однако, ошибкой будет утверждение, что животные только выделяют углекислый газ, а растения — только поглощают его. Растения поглощают углекислый газ в процессе фотосинтеза, а без освещения они тоже его выделяют.

Диоксид углерода не токсичен, но не поддерживает дыхание. Большая концентрация в воздухе вызывает удушье (см. Гиперкапния). Недостаток углекислого газа тоже опасен (см. Гипокапния)

Углекислый газ в организмах животных имеет и физиологическое значение, например, участвует в регуляции сосудистого тонуса (см. Артериолы).

Получение

В промышленности получают из печных газов, из продуктов разложения природных карбонатов (известняк, доломит). Смесь газов промывают раствором карбоната калия, который поглощает углекислый газ, переходя в гидрокарбонат. Раствор гидрокарбоната при нагревании разлагается, высвобождая углекислоту. При промышленном производстве закачивается в баллоны.

В лабораторных условиях небольшие количества получают взаимодействием карбонатов и гидрокарбонатов с кислотами, например мрамора с соляной кислотой.

Применение

В пищевой промышленности диоксид углерода используется как консервант и обозначается на упаковке под кодом Е290, а также в качестве разрыхлителя теста.

Жидкая углекислота (жидкая пищевая углекислота) — сжиженный углекислый газ, хранящийся под высоким давлением (~ 65-70 Атм). Бесцветная жидкость. При выпуске жидкой углекислоты из баллона в атмосферу часть её испаряется, а другая часть образует хлопья сухого льда.

Баллоны с жидкой углекислотой широко применяются в качестве огнетушителей и для производства газированной воды и лимонада. Углекислый газ используется в качестве активной среды при сварке проволокой так как при температуре дуги углекислота разлагается на угарный газ СО и кислород который в свою очередь и входит в заимодействие с жидким металом окисляя его. Углекислота в баллончиках применяется в пневматическом оружии и в качестве источника энергии для двигателей в авиамоделировании.

Твёрдая углекислота — сухой лёд — используется в качестве хладагента в ледниках и морозильных установках.

Методы регистрации

Измерение парциального давления углекислого газа требуется в технологических процессах, в медицинских применениях — анализ дыхательных смесей при искусственной вентиляции лёгких и в замкнутых системах жизнеобеспечения. Анализ концентрации CO₂ в атмосфере используется для экологических и научных исследований, для изучения парникового эффекта.

Углекислый газ регистрируют с помощью газоанализаторов основанных на принципе инфракрасной спектроскопии и других газоизмерительных систем. Медицинский газоанализатор для регистрации содержания углекислоты в выдыхаемом воздухе называется капнограф.

Концентрация

• Подземное животное голый землекоп отличается терпимостью к большим (смертельным для других животных) концентрациям углекислого газа.^[1]

Примечания

См. также

Ссылки

Wikimedia Foundation. 2010.

Удаление из воды кислорода и углекислого газа

Г. Овчинников

Растворенные в воде кислород и углекислый газ повышают скорость коррозии стали, особенно при повышенных температурах. Поэтому их положено максимально удалять из котловой воды и воды отопительных систем. В данной публикации предлагается обзор направленных на это современных способов водоподготовки

Котловые системы по их назначению принято подразделять на водогрейные и паровые, поэтому для каждого типа существует свой набор требований к очищенной воде, которые также зависят от мощности и температурного режима.

Разработку официальных требований осуществляют надзорные органы, однако они всегда мягче рекомендаций производителя, устанавливаемых исходя из гарантийных обязательств. Кроме того, в европейском Союзе эти документы проходят всестороннюю экспертизу в органах стандартизации и профильных организациях с точки зрения эффективности и длительной эксплуатации котла. Поэтому целесообразно ориентироваться именно на рекомендации производителя.

Рис. Установка с зернистым редокситом для удаления кислорода из подпиточной воды пеллетных котлов Национального Ботанического сада им. Н.Н. Гришко

Все многообразие водно-химических режимов регламентируется Правилами технической эксплуатации, а также различными руководящими документами, относящимися к отдельным из перечисленных режимам. Только соблюдение правильного водного и химического режимов обеспечит надежную, безаварийную и долговечную работу котельного оборудования, наряду с системами теплоснабжения.

Вред растворенных в котловой воде газов

Также необходима нейтрализация свободной СО₂ в оборотных конденсатах нагревательных систем.

Для удаления кислорода из питательной воды котлов можно использовать как физические, так и химические методы. Обычно их комбинируют, сначала — физические, затем химические методы.

Физические методы

К физическим методам относят применение деаэраторов, которые бывают термическими и вакуумными. Для деаэрации воды также разработаны электромагнитный, высокочастотный и ультразвуковой способы, а также пузырьковый азотный.

Наибольшее распространение в паровых и водогрейных котельных получил термический способ. Он основан на процессах, описанных в законе Генри. Согласно с ним, растворимость идеальных газов в воде при постоянной температуре и невысоком давлении прямо пропорциональна парциальному давлению данных газов над водой. Повышение температуры до уровня насыщения при данном давлении снижает до нуля парциальные давления газов над водой, следовательно, и растворимость газов в воде снижается до нуля. Вследствие нарушения равновесия в системе происходит выделение газов из воды (физическая десорбция).

Подбирая такие соотношения температуры и давления, при которых газы становятся практически нерастворимыми, можно почти полностью удалить их из воды.

За последние годы конструкции аппаратов для удаления газов были значительно улучшены. В настоящее время имеется несколько удачных типов деаэраторов, каждый из которых приспособлен для специальной цели. Существуют установки для деаэрации холодной воды без нагревания, дающие 15000 м³ в день и снижающие содержание кислорода до 0,22 мл/дм³. Вода в таком аппарате разбрызгивается по специальным лоткам камеры, находящейся под низким давлением. Газы могут удаляться паровыми эжекторами с холодильниками или вакуумными насосами.

В паровых котельных применяются в основном смешивающие десорберы атмосферного типа низкого избыточного давления. В таком аппарате струйки воды движутся вниз навстречу поступающему из парораспределительной камеры пару, и, соприкасаясь с ним, нагреваются до температуры кипения, в результате чего из воды выделяется растворенный в ней воздух.

В устройстве поддерживается давление 0,12 МПа, а вода нагревается до 104°C, т.е. до температуры кипения при этом давлении. Испарившаяся вода и воздух через штуцер направляются в теплообменник для подогрева воды, поступающей в аппарат. Номинальная производительность таких деаэраторов 25–300 т/ч.

В котельных с водогрейными котлами, где нет пара, используются вакуумные деаэраторы, в которых поддерживается давление около 0,03 МПа при температуре кипения около 69°C. Такое разрежение создается при помощи водоструйного эжектора.

Главным условием удаления газов из горячей воды является поддержание ее в тонкораспыленном состоянии (в течение достаточного времени) при температуре кипения, соответствующей давлению, при котором растворенные газы свободно выделяются в газообразную фазу. При простом типе открытого нагревателя питательной воды деаэратор, при нагреве до 88—93°C и свободном отводе газов в атмосферу, снижает концентрацию кислорода приблизительно до 0,3 мл/дм³.

Устройства для удаления кислорода для систем горячего водоснабжения для больших зданий и комплексов зданий устроены иначе. Воду нагревают под вакуумом так, чтобы температура кипения ее не превышала 60—80°C при помощи рядов змеевиков с греющим паром. Затем воду разбрызгивают вниз по тарелкам. Температура пара, поступающего в нижние змеевики, выше температуры воды, которая вследствие этого испаряется; пар увлекает выделившиеся газы через клапан, охлаждаемый входящей холодной водой. Конденсат из клапана стекает обратно, в тарелочную камеру, в то время, как газы выбрасываются вакуумным насосом или паровым эжектором.

если устройство помещается в подвале здания, то требуется циркуляционный насос для горячей воды, иногда его устанавливают в чердачных технических этажах здания, чтобы подача воды реализовывалась за счет естественной циркуляции. В таких условиях достигается концентрация кислорода 0,04 мл/дм³, что обеспечивает защиту системы от коррозии при температуре ниже 70°С.

В деаэраторах для котловой питательной воды осуществляется прямой контакт воды с паром. Чаще всего применяются аппараты тарелочного типа, работающие под давлением или вакуумом. Десорбер с распылением, работающий под небольшим давлением, широко применяется в котельных установках. В деаэраторе тарелочного типа холодная питательная вода проходит через холодильник, затем поступает в камеру, нагреваемую паром, где разбрызгивается на металлические тарелки. После этого вода стекает в резервуар для хранения. Пар наполняет все пространство, причем направление его движения таково, что он нагревает воду и удаляет выделяющиеся газы. Таким образом, можно достигнуть практически полного отсутствия кислорода в воде.

В более современной модели деаэратора происходит распыление воды в атмосферу пара при давлении приблизительно 0,1 кг/см². Этот тип десорбера разработан для судовых котлов. Устройство состоит из холодильника, секции с паровым обогревом, деаэрационной секции, окружающей впуск пара, и секции для хранения деаэрированной воды, расположенной внизу аппарата. Холодная питательная вода проходит через холодильник, затем через распыляющие форсунки, поступает в камеру, обогреваемую паром, и снова через форсунки в деаэрационную камеру, а затем в водосборник. Пар входит в деаэрационную камеру под давлением 0,7 кг/см² и подымается в холодильник, где выпускаются удаляемые газы, а теплота пара передается воде, поступающей в аппарат. Большая часть растворенного кислорода удаляется из воды при первоначальном ее нагревании; последние 5% кислорода удаляются значительно труднее. Для этого служит деаэрационная камера, которая обеспечивает практически полное удаление кислорода из воды.

Наиболее мощные деаэраторы удаляют также всю свободную двуокись углерода и частично — полусвязанную углекислоту и другие газы. При этом, вследствие отсутствия двуокиси углерода, рН воды увеличивается.

Существует безреагентная технология глубокого удаления кислорода для паровых и водогрейных систем, с использованием гидрофобных мембран в контакторах, что позволяет достигать глубокой степени очистки воды – до 1 мкг/дм³.

Применение десорбционных методов позволяет удалять газ до известного предела, недостаточного в ряде случаев по условиям использования воды. Кроме того, не всегда имеется возможность и необходимость включения в схемы сложных аппаратов для газоудаления. Поэтому на многих теплоэлектростанциях для обработки питательной и добавочной воды применяются химические методы связывания O₂ и CO₂ в вещества, являющимися безопасными в коррозионном отношении.

Химические методы

В основе химических методов удаления из воды растворенных газов лежит их химическое связывание, достигаемое введением реагентов или фильтрованием через специальные загрузки.

Для извлечения из воды кислорода применяют ее фильтрование через легко окисляющиеся вещества, например, стальные стружки, другие регенерируемые загрузки.

Степень удаления свободного кислорода для предотвращения коррозии котлов и сетей, зависит от температуры теплоносителя, объема воды.

Обычно при 70°, как это имеет место во многих системах ГВС, не требуется уменьшение содержания кислорода ниже 0,07 мл/дм³. Для паровых котлов, работающих под давлением ниже 17,5 кг/см² (без экономайзеров) желательный предел не должен превышать примерно 0,02 мл/дм³. Для котлов высокого давления (или при применении экономайзеров) требуется практически полное отсутствие кислорода, т. е. ниже 0,0035 мл/дм³.

Содержание O₂ в системах холодной воды при одноступенчатой аэрации достигает значения не более 0,2 мл/дм³, а при условии содержания кислорода менее 0,07 мл/дм³, применяется дополнительная обработка воды, выходящей из деаэратора, дозированием химических препаратов.

Существует много реагентов и их композиций под разными коммерческими названиями, которые могут быть использованы для нейтрализации кислорода. У каждого реагента есть свои положительные и отрицательные свойства и качества. Они будут рассмотрены ниже.

Самым распространенным реагентом для химического удаления кислорода из воды служит сульфит натрия Na₂SO₃ под разными фирменными названиями. Как в чистом виде, так и в виде каталитически активной формы. В качестве катализаторов используют очень небольшие количества меди или кобальта.

Рекомендуемые концентрации сульфита натрия у разных авторов значительно отличаются. Для удаления 1 кг кислорода требуется около 8 кг сульфита натрия, однако есть много рекомендаций по дозированию избыточного количества этого катализатора – от 2 до 40 мг/дм³ для конкретных котлов и режимов работы.

Обработка воды с помощью Na₂SO₃ основана на реакции окисления сульфита растворенным в воде кислородом:

2Na₂SO₃ + O₂ = 2Na₂SO₄.

В этой реакции в качестве восстановителя выступает четырехвалентная сера S⁴⁺, которая отдает электроны кислороду, окисляясь до S⁶⁺.

Важным показателем процесса связывания кислорода является скорость реакции между сульфитом натрия и кислородом. Она зависит от температуры обрабатываемой воды и, в соответствии с законом действия масс, — от количества вводимого реагента.

Так, при температуре воды 40°C и дозировке стехиометрического количества сульфита натрия процесс завершается за 6—7 минут, при температуре 80°C время реакции составляет немногим более 1 минуты. При 70% избытке реагента, в соответствии с законом действия масс, реакция протекает до конца в течение 2 минут при любой температуре.

При температуре свыше 275°C (давление насыщения 6 МПа) сульфит натрия может разлагаться с образованием SO₂ или H₂S, что заметно увеличивает скорость коррозии оборудования пароконденсатного тракта.

Поэтому данный реагент может быть использован только для обескислороживания воды котлов среднего давления (3–6 МПа), испарителей и для подпиточной воды тепловой сети.

Раствор сульфита натрия концентрацией 3–6% готовят в баке, защищенном от контакта с атмосферой, и затем, с помощью дозатора, вводят в обрабатываемую воду с некоторым избытком против стехиометрического количества.

Однако передозировка реагента во много раз повышает электропроводность котловой воды (содержание солей), а также шламообразование, возможны проблемы в связи с образованием пены в котловой воде.

Сульфитирование просто в осуществлении, не требует громоздкой и дорогой аппаратуры. Недостатком данного метода является то, что оно увеличивает сухой остаток в количестве 10–12 мг/дм³ на 1 мг/дм³ растворенного кислорода.

Разработана и применяется оригинальная эффективная технология по удалению O₂ из воды с применением зернистого фильтрующего материала, изготовленного на основе синтетических ионитов макропористой структуры, в которую встраиваются активные центры металлов, в частности, двухвалентного железа.

В процессе фильтрации воды через слой загрузочного материала окисление растворенным кислородом переводит закисные формы железа (FeO) в двойной оксид железа (FeO•Fe₂O₃nH₂O) или в полутораокиси (Fe₂O₃•nH₂O).

Сущность технологического процесса заключается в применении сорбента, имеющего достаточно высокую емкость поглощения по кислороду (т.е. представляющего собой редоксит в восстановленной форме). В качестве такого сорбента использован ионитный комплекс с переходным металлом, введенным в фазу ионита.

При этом процесс химического поглощения кислорода можно представить в виде следующего уравнения:

4RMe(ОН)_n + О₂ + 2H₂O → 4RMe(OH)_(n+1),

где R – нерастворимый в воде сложный радикал ионита;Ме – переходной металл.

По мере фильтрации воды через слой редоксита все большая его часть будет переходить в окисленную форму и, наконец, способность к дальнейшему поглощению кислорода будет полностью исчерпана. По истечению рабочего цикла Redox-фильтра истощенный сорбент подвергается регенерации.

Регенерация представляет собой процесс восстановления поглотительной способности редоксита путем пропуска через слой, например, тиосульфата натрия:

RMe(ОН)_n + 2H₂O → 4RMe(OH)_(n-1),

где R – нерастворимый в воде сложный радикал ионита; Ме – переходной металл.

Перед пропуском регенерационного раствора редоксит необходимо взрыхлять обратным током воды. После его отмывают от избытка реагента и продуктов регенерации.

Для барабанных котлов высоких и сверхвысоких давлений применяется гидразин в форме гидразин-гидрата или гидразин-сульфата, которые энергично взаимодействуют с кислородом, окисляясь в итоге до воды и азота, т.е. не повышая солесодержания воды:

N₂H₄·H₂O + O₂ = 3H₂O + N₂.

Гидразин-гидрат можно успешно применять для обработки питательной воды как барабанных, так и прямоточных котлов (он не повышает сухого остатка воды), в то время как гидразин-сульфат — только для обработки питательной воды барабанных котлов (он несколько увеличивает сухой остаток).

Скорость реакции зависит от температуры, pH среды, избытка гидразина, в соответствии с законом действия масс, а также присутствия катализаторов. При температуре менее 30°C гидразин практически не взаимодействует с O₂, но при 105°C, pH = 9–9,5 и избытке гидразина около 0,02 мг/дм³ время практически полного связывания кислорода составляет несколько секунд.

Гидразин вводится в воду в виде 0,1–0,5% раствора с избытком против стехиометрического количества с учетом того, что часть его расходуется на восстановление высших оксидов железа и меди из отложений на трубах.

Гидразин-сульфат может применяться при любых давлениях, однако наиболее целесообразно использовать его только при давлении 70 кгс/см² и выше, а при низком давлении лучше применять сульфит натрия вследствие его меньшей стоимости.

Расчет дозы гидразина g (мкг/кг) в пересчете на NH₄рекомендуется производить по формуле:

g=С₁+0,35С₂+0,15С₃+0,25С₄+40,

где С₁ — концентрация кислорода в питательной воде до ввода гидразина, мкг/кг; С₂ – концентрация нитритов в питательной воде до ввода гидразина, мкг/кг;С₃ – концентрация железа в питательной воде, мкг/кг;С₄ – концентрация меди в питательной воде, кг/кг.

Концентрация гидразина в рабочем растворе С (мг/кг) рассчитывается по формуле:

С = D/DH,

где D – расход питательной воды, т/ч;DН – средняя (регулируемого диапазона) подача насоса-дозатора, л/ч.

При приготовлении рабочего раствора гидразин-сульфата, последний должен быть нейтрализован едким натром. его количество, необходимое для нейтрализации, y (кг) рассчитывается по формуле:

у=0,62у₁+0,04ЩV_б,

где у₁ – количество загружаемого гидразинсульфата, кг;Щ – щелочность по фенолфталеину воды, используемой для приготовления рабочего раствора, мг-экв/кг;V_б – объем бака, м³.

В котловой воде и в пароперегревателях избыток гидразина разлагается с образованием аммиака:

3N₂H₄ = 4NH₃ + N₂.

При организации гидразинной обработки воды следует учитывать, что гидразин является высокотоксичным и канцерогенным веществом, при концентрации выше 40% он горюч, поэтому должны предусматриваться специальные строгие меры безопасности.

Для связывания кислорода в котловой воде могут применяться и другие органические и неорганические соединения. Например гидрохинон (парадиоксибензол), пирогаллол (несимм-триоксибензол), изоаскорбиновая кислота, карбогидразин, N, N-диэтилгидроксиламин (ДЭГА). Их применение регламентируется рекомендациями производителя конкретного оборудования.

Все вышеперечисленные химические соединения могут входить в рецептуру многих комплексных фирменных составов для обработки котловой воды и внутрикотловых поверхностей.

Углекислота, поступающая в пароводяной цикл через различные воздушные неплотности оборудования, а также и за счет разложения карбонатов солей (в добавочной воде), приводит к понижению рН воды. Это, в свою очередь, усиливает процессы коррозии за счет взаимодействия водородных ионов с металлом, а также за счет снижения защитных свойств окисной пленки на поверхности металла. Вследствие этого углекислота всегда является фактором усиления коррозии.

Для предотвращения углекислотной коррозии оборудования конденсатно-питательного тракта ТЭС с барабанными котлами применяется способ связывания свободной углекислоты путем ввода в конденсат турбин или питательную воду щелочного реагента – водного раствора аммиака. Основной задачей такой обработки является повышение pH воды и конденсата на участках пароводяного тракта, что надежно обеспечивает защиту оборудования от коррозии с водородной деполяризацией.

Дозировка аммиака определяется его количеством, необходимым для связывания диоксида углерода в гидрокарбонат аммония. Небольшой избыток NH₃ сверх этого количества образует уже карбонат аммония и повышает pH воды до значений выше 8,5:

NH₃ + H₂O + CO₂ = NH₄HCO₃,
NH₄HCO₃ + NH₃ = (NH₄)₂CO₃.

Из приведенных уравнений следует, что для связывания 1 мг/дм³ CO₂ достаточно 0,26 мг/дм³ аммиака.

Аммиак обычно вводится в обрабатываемую воду в виде 1–5% раствора Nh5OH с помощью насосов-дозаторов, автоматизированных по расходу воды. При концентрации свободной углекислоты в воде или паре свыше 8 мг/дм³ применение аммиака обычно недопустимо, так как может протекать коррозия медных сплавов (латуни), применяющихся для изготовления оборудования конденсатно-питательного тракта.

Разработан и применяется комбинированный гидразино-аммиачный режим,который характеризуется вводом в теплоноситель (в основном в питательную воду) аммиака в целях повышения рН воды и нейтрализации воздействия углекислоты, а также вводом гидразина с целью снижения содержания остаточного кислорода после деаэраторов питательной воды. Благодаря воздействию высокого значения рН, замедляются коррозионные процессы стали и медных сплавов. Однако аммиак, помимо способности к повышению рН аминируемой воды, обладает также способностью специфического коррозионного воздействия на медные сплавы. Поэтому доза аммиака при введении гидразино-аммиачного режима ограничивается поддержанием в питательной воде содержания аммиака на уровне, не превышающем 1 мг/дм³.

Читайте статьи и новости в Telegram-канале AW-Therm. Подписывайтесь на YouTube-канал.

Просмотрено: 44 540

Вам также может понравиться

Заказ был отправлен, с Вами свяжется наш менеджер.

Углекислый газ молекулярная формула – Морской флот

Углекислый газ, или диоксид углерода, или CO₂ — одно из самых распространенных на Земле газообразных веществ. Он окружает нас в течение всей нашей жизни. Углекислый газ не имеет цвета, вкуса и запаха и никак не ощущается человеком.

Он является важным участником обмена веществ живых организмов. Газ сам по себе не ядовит, но не поддерживает дыхание, поэтому превышение его концентрации ведет к ухудшению снабжения тканей организма кислородом и к удушью. Углекислый газ широко применяется в быту и в промышленности.

Что такое диоксид углерода

При атмосферном давлении и комнатной температуре диоксид углерода находится в газообразном состоянии. Это наиболее часто встречающаяся его форма, в ней он участвует в процессах дыхания, фотосинтеза и обмена веществ живых организмов.

При охлаждении до -78 °С он, минуя жидкую фазу, кристаллизуется и образует так называемый «сухой лед», широко применяемый как безопасный хладагент в пищевой и химической промышленности и в уличной торговле и рефрижераторных перевозках.

При особых условиях — давлении в десятки атмосфер — углекислота переходит в жидкое агрегатное состояние. Это происходит на морском дне, на глубине свыше 600 м.

Свойства углекислого газа

В 17 веке Жан-Батист Ван Гельмонт из Фландрии открыл углекислый газ и определил его формулу. Подробное исследование и описание было сделано столетие спустя шотландцем Джозефом Блэком. Он исследовал свойства углекислого газа и провел серию опытов, в которых доказал, что он выделяется при дыхании животных.

В состав молекулы вещества входит один атом углерода и два атома кислорода. Химическая формула углекислого газа записывается как CO₂

В нормальных условиях не обладает вкусом, цветом и запахом. Только вдыхая большое его количество, человек ощущает кислый привкус. Его дает угольная кислота, образующаяся в малых дозах при растворении углекислого газа в слюне. Эта особенность применяется для приготовления газированных напитков. Пузырьки в шампанском, просекко, пиве и лимонаде — это и есть углекислый газ, образовавшийся в результате естественных процессов брожения или добавленный в напиток искусственно.

Физические свойства углекислого газа

Плотность углекислого газа больше плотности воздуха, поэтому при отсутствии вентиляции он скапливается внизу. Он не поддерживает окислительные процессы, такие, как дыхание и горение.

Дыхание живых организмов. Из школьного курса химии и ботаники все помнят, что в ходе фотосинтеза растения поглощают углекислый газ и выделяют кислород. Но не все помнят, что это происходит только днем, при достаточном уровне освещения. В темное время суток растения наоборот, поглощают кислород и выделяют углекислый газ. Так что попытка улучшить качество воздуха в комнате, превращая ее в заросли фикусов и герани может сыграть злую шутку.

Извержения и другая вулканическая активность. CO₂ выбрасывается из глубин мантии Земли вместе с вулканическими газами. В долинах рядом с источниками извержений газа настолько много, что, скапливаясь в низинах, он вызывает удушье животных и даже людей. Известны несколько случаев в Африке, когда задыхались целые деревни.

Горение и гниение органики. Горение и гниение — это одна и та же реакция окисления, но протекающая с разной скоростью. Богатые углеродом разлагающиеся органические остатки растений и животных, лесные пожары и тлеющие торфяники — все это источники диоксида углерода.

Самым же большим природным хранилищем CO₂ являются воды мирового океана, в которых он растворен.

Углекислый газ в природе

За миллионы лет эволюции основанной на углеродных соединениях жизни на Земле в различных источниках накопились многие миллиарды тонн углекислого газа. Его одномоментный выброс в атмосферу приведет к гибели всего живого на планете из-за невозможности дыхания. Хорошо, что вероятность такого одномоментного выброса стремится к нулю.

Искусственные источники углекислого газа

Углекислый газ попадает в атмосферу и в результате человеческой жизнедеятельности. Самыми активными источниками в наше время считаются:

• Индустриальные выбросы, происходящие в ходе сгорания топлива на электростанциях и в технологических установках
• Выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания транспортных средств: автомобилей, поездов, самолетов и судов.
• Сельскохозяйственные отходы — гниение навоза в больших животноводческих комплексах

Кроме прямых выбросов, существует и косвенное воздействие человека на содержание CO₂ в атмосфере. Это массовая вырубка лесов в тропической и субтропической зоне, прежде всего в бассейне Амазонки.

Искусственный источник углекислого газа

Несмотря на то, что в атмосфере Земли содержится менее процента диоксида углерода, он оказывает все возрастающее действие на климат и природные явления. Углекислый газ участвует в создании так называемого парникового эффекта путем поглощения теплового излучения планеты и удерживания этого тепла в атмосфере. Это ведет к постепенному, но весьма угрожающему повышению среднегодовой температуры планеты, таянию горных ледников и полярных ледяных шапок, росту уровня мирового океана, затоплению прибрежных регионов и ухудшению климата в далеких от моря странах.

Знаменательно, что на фоне общего потепления на планете происходит значительное перераспределение воздушных масс и морских течений, и в отдельных регионах среднегодовая температура не повышается, а понижается. Это дает козыри в руки критикам теории глобального потепления, обвиняющим ее сторонников в подтасовке фактов и манипуляции общественным мнением в угоду определенным политическим центрам влияния и финансово-экономическим интересам

Человечество пытается взять под контроль содержание углекислого газа в воздухе, были подписаны Киотский и Парижский протоколы, накладывающие на национальные экономики определенные обязательства. Кроме того, многие ведущие автопроизводители автомобилей объявили о сворачивании к 2020-25 годам выпуска моделей с двигателями внутреннего сгорания и переходе на гибриды и электромобили. Однако некоторые ведущие экономики мира, такие, как Китай и США, не торопятся выполнять старые и брать на себя новые обязательства, мотивируя это угрозой уровню жизни в своих странах.

Углекислый газ и мы: чем опасен CO

₂

Углекислый газ — один из продуктов обмена веществ в организме человека. Он играет большую роль в управлении дыханием и снабжением кровью органов. Рост содержания CO₂ в крови вызывает расширение сосудов, способных таким образом транспортировать больше кислорода к тканям и органам. Аналогично и система дыхания понуждается к большей активности, если концентрация углекислоты в организме растет. Это свойство используют в аппаратах искусственной вентиляции легких, чтобы подстегнуть собственные органы дыхания пациента к большей активности.

Кроме упомянутой пользы, превышение концентрации СO₂ может принести организму и вред. Повышенное содержание во вдыхаемом воздухе приводит к тошноте, головной боли, удушью и даже к потере сознания. Организм протестует против углекислого газа и подает человеку сигналы. При дальнейшем увеличении концентрации развивается кислородное голодание, или гипоксия. Co₂ мешает кислороду присоединяться к молекулам гемоглобина, которые и осуществляют перемещение связанных газов по кровеносной системе. Кислородное голодание ведет к снижению работоспособности, ослаблению реакции и способностей к анализу ситуации и принятию решений, апатии и может привести к смерти.

Общие симптомы отравления углекислым газом

Такие концентрации углекислого газа, к сожалению, достижимы не только в тесных шахтах, но и в плохо проветриваемых школьных классах, концертных залах, офисных помещениях и транспортных средствах — везде, где в замкнутом пространстве без достаточного воздухообмена с окружающей средой скапливается большое количество людей.

Основное применение

CO₂ широко применяется в промышленности и в быту – в огнетушителях и для изготовления газировки, для охлаждения продуктов и для создания инертной среды при сварке.

Основное применение углекислого газа

Применение углекислого газа отмечено в таких отраслях, как:

• для чистки поверхностей сухим льдом.

Фармацевтика

• для химического синтеза компонентов лекарственных средств;
• создания инертной атмосферы;
• нормализация индекса pH отходов производства.

Углекислый газ в фармацевтике

Пищевая отрасль

• производство газированных напитков;
• упаковка продуктов питания в инертной атмосфере для продления срока годности;
• декаффеинизация кофейных зерен;
• замораживание или охлаждение продуктов.

Углекислый газ в пищевой отрасли

Медицина, анализы и экология

• Создание защитной атмосферы при полостных операциях.
• Включение в дыхательные смеси в качестве стимулятора дыхания.
• В хроматографических анализах.
• Поддержание уровня pH в жидких отходах производства.

Углекислый газ и экология

Электроника

• Охлаждение электронных компонентов и устройств при тестировании на температурную стойкость.
• Абразивная очистка в микроэлектронике (в твердой фазе).
• Очищающее средство в производстве кремниевых кристаллов.

Химическая отрасль

Широко применяется в химическом синтезе в качестве реагента и в качестве регулятора температур в реакторе. CO₂ отлично подходит для обеззараживания жидких отходов с низким индексом pH.

Использование углекислого газа

Применяется также для осушения полимерных веществ, растительных или животных фиброматериалов, в целлюлозном производстве для нормализации уровня pH как компонентов основного процесса, так и его отходов.

Металлургическая отрасль

В металлургии CO₂ в основном служит делу экологии, защиты природы от вредных выбросов путем их нейтрализации:

Применение углекислого газа в металлургии

• В черной металлургии — для нейтрализации плавильных газов и для донного перемешивания расплава.
• В цветной металлургии при производстве свинца, меди, никеля и цинка — для нейтрализации газов при транспортировке ковша с расплавом или горячих слитков.
• В качестве восстановительного агента при организации оборота кислотных шахтных вод.

Сварка в углекислой среде

Процесс сварки с применением углекислого газа

Разновидность сварки под флюсом является сварка в углекислой среде. Операции сварочных работ с углекислым газом осуществляется плавящимся электродом и распространен в процессе монтажных работ, устранении дефектов и исправления деталей с тонкими стенками.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Химическая, структурная и электронная формулы углекислого газа

Химическая формула: СО₂.

Структурная формула: O =”” C =”” O

Молярная масса: 44,01 г/моль.

Физические свойства углекислого газа

При стандартных условиях – газ без цвета и запаха, с кисловатым вкусом. При атмосферном давлении не существует в жидком состоянии, при сильном охлаждении кристаллизуется в виде «сухого льда» – белой снегообразной массы. Температура сублимации равна –78 °С. При нормальных условиях в одном объеме воды растворяется 0,9 объемов углекислого газа.

Химические свойства углекислого газа

Является кислотным оксидом.

При растворении в воде образует угольную кислоту:

Взаимодействует с основными оксидами и основаниями, образуя карбонаты и гидрокарбонаты (соли угольной кислоты):

_{(избыток)}

Не поддерживает горение, но при нагревании может окислять активные металлы:

Качественная реакция – помутнение известковой воды (Ca(OH)₂) за счет образования белого осадка карбоната кальция:

Углекислый газ образуется при гниении и горении органических веществ. Содержится в воздухе и минеральных источниках, выделяется при дыхании животных и растений.

В промышленности углекислый газ получают термическим разложением карбонатов:

В лаборатории – действием сильных кислот на карбонаты или гидрокарбонаты:

Примеры решения задач

Задание	Рассчитать объем углекислого газа (н.у) который можно получить при сжигании 12 тонн угля, если выход продукта составляет 90% от теоретически возможного.
Решение	Запишем уравнение реакции горения:

Рассчитаем количество вещества углерода по формуле:

моль

По уравнению реакции

моль

1 моль газа при нормальных условиях занимает объем 22,4л.

Рассчитаем теоретический объем углекислого газа:

_теор.л м

Рассчитаем практический объем углекислого газа:

_практ.м

ОтветОбъем полученного углекислого газа равен 20160 м

Задание	Рассчитать объем 20% раствора соляной кислоты (плотность =”1,1″ г/мл), который необходим для получения 5,6 литров углекислого газа из образца известняка, который содержит 5% примесей.
Решение	Запишем уравнение реакции:

В процессе реакции образуется угольная кислота (H₂CO₃), которая сразу разлагается на воду (H₂O) и углекислый газ (CO₂).

Рассчитаем количество вещества углекислого газа по формуле:

где V_m – молярный объем, т.е. объем, который занимает один моль газа при нормальных условиях. л/моль.

моль

Для расчета количества вещества соляной кислоты составим пропорцию по уравнению реакции:

2 моль HCl приводят к образованию 1 моль CO₂

x моль HCl приводят к образованию 0,25 моль CO₂

моль

Молярная масса соляной кислоты равна 36,5 г/моль. Рассчитаем массу соляной кислоты:

моль г/моль г

Выражение для массовой доли вещества в растворе:

Рассчитаем массу раствора соляной кислоты по формуле:

Если раствор HCl 20%, то массовая доля соляной кислоты в нем будет равна 0,20.

Рассчитаем объем раствора соляной кислоты по формуле:

мл

1) при горении угля и углеродсодержащих веществ6

Ch5 + 2O2 =”>” CO2 + 2h3O

2)при разложении некоторых сложных веществ:

h3CO3 =”>” CO2 + h3O

CaCO3 =”>” CaO + CO2

2NaHCO3 =”>” Na2CO3 + CO2 + h3O

3) при действии сильных кислот на карбонаты – соли угольной кислоты:

CaCO3 + 2HCl =”>” CaCl2 + CO2 + h3O

K2CO3 + h3SO4 =”>” K2SO4 + CO2 + h3O

СО2 – газ без цвета, вкуса и запаха, малорастворим в воде. Растворимость его повышается при увеличении давления. При высоком давлении он становится жидким, а при одновременном охлаждении – твердым (“сухой лёд”)

1)СО2 – кислотный оксид. При растворении в воде он реагирует с ней и образует непрочную угольную кислоту:

СО2 + Н2О =”>” h3CO3

2) взаимодействует с основными оксидами, образуя соли:

СО2 + СаО =”>” CaCO3

CO2 + Na2O =”>” Na2CO3

3) Углекислый газ реагирует с щелочами. Состав соли зависит от мольного соотношения реагирующих веществ:

CO2 + KOH =”>” KHCO3 гидрокарбонат калия, кислая соль

CO2 + 2KOH =”>” K2CO3 + h3O карбонат калия, средняя соль

4) Углекислый газ взаимодействует с известковой водой, вызывая ее помутнение – это его качественная реакция.

Ca(OH)2 + CO2 -> CaCO3 + h3O

5) Это вещество может быть окислителем для активных металлов:

>

Двуокись углерода – определение и примеры

Двуокись углерода
n.
[daɪˈɒksaɪd]
Определение: неорганическое соединение, состоящее из двух атомов кислорода и углерода

Определение диоксида углерода

существительное , диоксид углерода, / daɪˈɒksaɪd / ( биохимия ) Неорганическое соединение , с химической формулой CO ₂ , состоящий из двух атомов кислорода, связанных с одним атомом углерода ковалентной связью, и необходим для многих биохимических и биологических процессов. Синонимы: оксид углерода, оксид углерода (iv) углеродный ангидрид, оксид углерода, углекислый газ, сухой лед (твердая фаза).

Подробнее о двуокиси углерода

Двуокись углерода (CO ₂ ) стал первым газом, который отличился от обычного воздуха. Примерно в 1630 году, Ян Баптист ван Гельмонт , фламандский химик, идентифицировал пар, отличный от воздуха, когда он сжигал древесный уголь в закрытом сосуде. Он, они, назвал пар «древесным газом» ( spiritus sylvestris ).Он думал, что это элемент или единое вещество. ¹ В 1756 году Джозеф Блэк , шотландский врач, заметил этот газ при нагревании карбоната кальция (CaCO ₃ ). Он назвал это «фиксированным воздухом». Он также определил его по выдыхаемому воздуху и описал его как более плотный, чем слегка кислый воздух. В 1803 году Джон Дальтон (английский химик) предположил, что это вещество состоит из одного атома углерода и двух атомов кислорода. Теперь он называется «углекислый газ» .

Двуокись углерода – это химическое соединение, состоящее из атома углерода и двух атомов кислорода. Каждый из атомов кислорода присоединен к центральному атому углерода двойной ковалентной связью. Связь C-O имеет длину 116,3 пм. Конфигурация соединения линейная и центросимметричная. Его химическая формула – CO ₂ .

Двуокись углерода – негорючий газ без цвета и запаха. Помимо газа, углекислый газ может также находиться в жидком и твердом состояниях. Сухой лед – это замороженный углекислый газ.Он сублимируется при -78,5 ° C при нормальном атмосферном давлении.

Общее описание неорганического соединения – это соединение, в котором не хватает атомов углерода и которое архаично не производится живым существом ( Vitalism ). Тем не менее диоксид углерода является исключением из этого общего правила. Углекислый газ имеет атом углерода и может вырабатываться живыми существами при дыхании. Однако он не имеет ковалентных связей C-C и C-H, присутствующих в органических соединениях.

Из-за линейности и центросимметрии диоксида углерода это соединение неполярное .Не существует неравного распределения валентных электронов. Два атома кислорода имеют равную силу или электроотрицательность, поскольку они отталкивают электронную плотность от углерода под углом 180 °. Таким образом, никакого общего смещения электронов не происходит ни в каком направлении, и поэтому нет никакого накопления чистого заряда ни на одном из атомов. ²

Двуокись углерода растворяется в воде, однако, только при поддержании давления. Когда он реагирует с водой, он образует угольную кислоту , которая является слабой кислотой. Химическая реакция выглядит следующим образом: CO ₂ + H ₂ O ⇌ H ₂ CO ₃ .Таким образом, углекислый газ присутствует не только в атмосфере Земли, но и в океанах, морях, реках, озерах, грунтовых водах, ледниках и ледяных шапках. Жидкая двуокись углерода возвращается в газообразное состояние при падении давления, то есть при давлениях ниже 5,1 атм.

Углекислый газ имеет молярную массу 44,01 г · моль ^-1 . Его температура плавления -56,6 ° C. При стандартных температуре и давлении его плотность составляет 1,98 кг / м ³ . Его удельный вес составляет 1,53 при 21 ° C. Это негорючий газ.

Углекислый газ в углеродном цикле

Углерод является четвертым по распространенности элементом во Вселенной. Углеродный цикл – это биогеохимический цикл, отражающий углеродный обмен на Земле. Углерод проходит через литосферу, гидросферу и атмосферу Земли.
В атмосфере углерод существует в основном в форме диоксида углерода и метана. Эти два основных фактора вызывают парниковый эффект .Хотя углекислый газ почти не уступает метану с точки зрения создания парникового эффекта на единицу объема, он более долговечен, чем метан, и встречается в гораздо более высокой концентрации. Таким образом, углекислый газ считается более важным парниковым газом, чем метан. Концентрация углекислого газа в атмосфере с годами выросла. Одним из основных факторов, которые привели к такому росту, является деятельность человека . В начале эпохи индустриализации концентрация углекислого газа в атмосфере увеличилась примерно до 43%.Во многом это связано с сжиганием ископаемого топлива. Кроме того, к этому добавилась вырубка лесов. Деревья и другие фотосинтезирующие организмы служат основным поглотителем углекислого газа. Без них углекислый газ в лучшем случае не утилизировался бы и, таким образом, накапливался бы в атмосфере. Другая деятельность человека – сжигание биомассы и производство цемента. Деятельность человека является основным источником углекислого газа на Земле. На их долю приходится около 29 миллиардов тонн углекислого газа в год.
Другими естественными, биогенными источниками углекислого газа являются биологические процессы, такие как дыхание и разложение органических веществ .При клеточном дыхании кислород поглощается для метаболизма, так что может производиться химическая энергия (например, АТФ). Одним из побочных продуктов метаболизма клеточного дыхания является углекислый газ. У людей и других животных углекислый газ собирается из клеток и тканей, чтобы в конечном итоге высвобождаться за пределы тела при его выдохе. Двуокись углерода также может быть получена в результате разложения или разложения органических веществ.
Помимо этих биогенных источников, углекислый газ образуется из других природных источников, таких как вулканы, горячие источники и гейзеры.В частности, вулканы выбрасывают от 0,2 до 0,3 миллиарда тонн углекислого газа в год. Карбонатные породы, растворенные в воде и кислотах, также являются источником углекислого газа. Углекислый газ растворяется в различных водоемах при давлении выше 5,1 атм. При падении давления он возвращается в атмосферу в виде газа.

Биологическое значение

Двуокись углерода – одно из основных неорганических соединений, необходимых для жизни. У животных углекислый газ – это химическое соединение, которое накапливается в тканях и выводится из организма при выдохе животного.Следовательно, это побочный продукт метаболизма углеводов, особенно клеточного дыхания, при котором углевод или липид метаболизируются с синтезом метаболической энергии, такой как АТФ.

Фотоавтотрофные организмы, такие как растения и цианобактерии, используют углекислый газ в качестве важного реагента для производства сахаров путем фотосинтеза. Химическая реакция фотосинтеза выглядит следующим образом:
n CO ₂ + n H ₂ O → (CH ₂ O) _n + n O ₂

Фотосинтез является основным средством удаления углекислого газа из атмосферы.

Использование двуокиси углерода

Двуокись углерода используется в пищевой промышленности, особенно при производстве газированных напитков. Он также используется как хладагент и хладагент. Это также эффективный огнетушитель, поскольку он плотнее воздуха и негорючий.

Чтение:

Ссылка

1. Углекислый газ Encyclopedia.com. (2000, 1 января). Получено с https://www.encyclopedia.com/science-and-technology/chemistry/compounds-and-elements/carbon-dioxide
2. Ashish.(2017, 26 октября). Углекислый газ (CO2) полярный или неполярный? Получено с https://www.scienceabc.com/pure-sciences/is-carbon-dioxide-co2-polar-or-nonpolar.html

© Biology Online. Контент предоставлен и модерируется Biology Online Editors

Следующий

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

---

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

• В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
• Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
• Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
• Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
• Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

---

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

---

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Углекислый газ – Energy Education

Рис. 1. Углекислый газ и его режимы вибрации для поглощения инфракрасного излучения ^[1] Фигура 2.Двуокись углерода может взаимодействовать с инфракрасным излучением, что приводит к дисбалансу излучения, входящего и выходящего из атмосферы. ^[2]

Двуокись углерода ( CO ₂ ) – это природный газ, важный для жизненного цикла углерода и побочный продукт многих форм производства энергии. Это также парниковый газ.

Двуокись углерода (см. Рис. 1) выводится из атмосферы в результате фотосинтеза растений для производства энергии и химического поглощения океаном (что приводит к подкислению океана).Общее количество углекислого газа в атмосфере исторически находилось в равновесии с дыханием животных и растений. Однако в последнее время произошло огромное чистое увеличение уровней CO ₂ в атмосфере и океане. В основном это происходит из-за того, что люди выкапывают углерод (в виде ископаемого топлива) из земли и выбрасывают его в атмосферу. Эти виды топлива подвергаются сгоранию, в результате чего в качестве побочного продукта образуется углекислый газ. С химической точки зрения углекислый газ является одним из двух основных продуктов сгорания при любой форме горения (второй – вода).

Потенциал глобального потепления

основная статья

Шкала потенциала глобального потепления (GWP) – это мера того, сколько тепла парниковый газ улавливает в атмосфере. CO ₂ используется в качестве эталона для этой шкалы, поэтому двуокись углерода имеет значение GWP 1. Непросто подсчитать, как долго двуокись углерода остается в атмосфере после выброса. ^[3]

Двуокись углерода пропускает видимый свет, но его способность вибрировать на молекулярном уровне заставляет CO ₂ поглощать инфракрасное излучение.Это инфракрасное излучение вызывает повышение температуры. Пожалуйста, посмотрите рисунки 1 и 2, чтобы увидеть, как молекула вибрирует, поглощая и повторно испуская инфракрасное излучение.

Выбросы

Углерод – это модное слово, когда говорят о выбросах, и поэтому важно знать разницу между углеродом и углекислым газом . Углерод – это элемент, присутствующий во всех органических материалах, и сам по себе это неплохо. На самом деле углерод необходим всему живому.С другой стороны, углекислый газ – это то, что большинство людей используют, говоря о «выбросах углерода». Это парниковый газ, который способствует изменению климата, поскольку помогает удерживать тепло внутри нашей атмосферы. В настоящее время уровни CO ₂ в океанах и атмосфере повышаются, и это увеличение в основном может быть связано с деятельностью человека. ^[4] Это также называется антропогенным выбросом CO ₂ .

Выбросы двуокиси углерода часто измеряются в гигатоннах углерода или двуокиси углерода.Чтобы преобразовать гигатонны углерода в гигатонны диоксида углерода, умножьте на 44,01 / 12,01 или 3,664. На интерактивном графике ниже показаны мегатонны (1000 мегатонн = 1 гигатонна) выбросов углекислого газа по странам (или регионам в зависимости от личных предпочтений).

Ученые всего мира в настоящее время исследуют способы улавливания углерода и его захоронения под землей в процессе, называемом улавливанием и хранением углерода. Если будут разработаны эффективные способы сделать это, это позволит человечеству значительно снизить уровни CO ₂ в атмосфере и океане и, таким образом, предотвратить опасное повышение глобальной температуры.

Интерактивный график

Выберите тип графика и группу «сравнить по», и выбранные данные отобразятся в поле ниже.

Для дальнейшего чтения

Список литературы

Произошла ошибка: SQLSTATE [42S22]: столбец не найден: 1054 Неизвестный столбец «rev_user» в «списке полей»

Двуокись углерода – химия LibreTexts

Из Википедии

Двуокись углерода (химическая формула CO ₂ ) – бесцветный газ без запаха, жизненно важный для жизни на Земле.Это встречающееся в природе химическое соединение состоит из атома углерода, ковалентно связанного двойной связью с двумя атомами кислорода. Углекислый газ присутствует в атмосфере Земли в виде газовых примесей с концентрацией около 0,04 процента (400 частей на миллион) по объему.

Атмосферный углекислый газ является основным источником углерода в жизни на Земле, и его концентрация в доиндустриальной атмосфере Земли, так как в конце докембрия регулировалась фотосинтезирующими организмами и геологическими явлениями. В рамках углеродного цикла растения, водоросли и цианобактерии используют световую энергию для фотосинтеза углеводов из углекислого газа и воды с образованием кислорода в качестве побочного продукта.

Двуокись углерода () вырабатывается всеми аэробными организмами, когда они метаболизируют углеводы и липиды для производства энергии путем дыхания. Он возвращается в воду через жабры рыб и в воздух через легкие дышащих воздухом наземных животных, включая людей. Двуокись углерода образуется в процессе разложения органических материалов и ферментации сахаров в хлебе, пиве и виноделии. Его получают путем сжигания древесины и других органических материалов и ископаемых видов топлива, таких как уголь, торф, нефть и природный газ.

Это универсальный промышленный материал, используемый, например, в качестве инертного газа в сварке и огнетушителях, в качестве газа под давлением в пневматических пистолетах и ​​нефтедобыче, в качестве химического сырья и в жидкой форме в качестве растворителя при удалении кофеина и кофе. сверхкритическая сушка. Его добавляют в питьевую воду и газированные напитки, включая пиво и игристое вино, для придания шипучести. Замороженная твердая форма CO ₂ , известная как «сухой лед», используется в качестве хладагента и абразива при струйной очистке сухим льдом.

Двуокись углерода является значительным парниковым газом. После промышленной революции антропогенные выбросы, в том числе сжигание ископаемого топлива на основе углерода и изменения в землепользовании (прежде всего вырубка лесов), быстро увеличили его концентрацию в атмосфере, что привело к глобальному потеплению. Углекислый газ также вызывает закисление океана, поскольку растворяется в воде с образованием угольной кислоты.

Подробнее … Редактировать в Википедии …

Сухой лед , иногда называемый « cardice » (в основном британскими химиками), представляет собой твердую форму диоксида углерода.Он используется в основном как охлаждающий агент. Его преимущества включают более низкую температуру, чем у водяного льда, и отсутствие остатков (кроме случайного замораживания влаги в атмосфере). Это полезно для хранения замороженных продуктов, когда механическое охлаждение недоступно.

Сухой лед сублимируется при -78,5 ° C (-109,3 ° F) при атмосферном давлении Земли. Этот экстремальный холод делает твердое тело опасным при обращении без защиты из-за ожогов от замерзания (обморожения). Хотя обычно он не очень токсичен, его выделение может вызвать гиперкапнию (аномально повышенный уровень углекислого газа в крови) из-за накопления в замкнутых местах.

Подробнее … Редактировать в Википедии …

% PDF-1.7 % 223 0 объект > эндобдж xref 223 85 0000000016 00000 н. 0000002657 00000 н. 0000002820 00000 н. 0000003496 00000 н. 0000003545 00000 н. 0000003582 00000 н. 0000003696 00000 н. 0000015725 00000 п. 0000028312 00000 п. 0000040811 00000 п. 0000053064 00000 п. 0000065441 00000 п. 0000077725 00000 п. 0000078168 00000 п. 0000078560 00000 п. 0000079186 00000 п. 0000079777 00000 п. 0000079866 00000 п. 0000080272 00000 п. 0000080644 00000 п. 0000081095 00000 п. 0000081460 00000 п. 0000081757 00000 п. 0000081784 00000 п. 0000082258 00000 п. 0000082672 00000 п. 0000083434 00000 п. 0000083863 00000 п. 0000084230 00000 п. 0000084365 00000 п. 0000084507 00000 п. 0000097028 00000 п. 0000109791 00000 н. 0000109965 00000 н. 0000110238 00000 п. 0000113674 00000 н. 0000115166 00000 н. 0000115250 00000 н. 0000115320 00000 н. 0000117413 00000 н. 0000122557 00000 н. 0000125113 00000 н. 0000125166 00000 н. 0000125522 00000 н. 0000125557 00000 н. 0000125635 00000 н. 0000130145 00000 н. 0000130474 00000 н. 0000130540 00000 н. 0000130656 00000 н. 0000130780 00000 н. 0000130850 00000 н. 0000130934 00000 п. 0000133552 00000 н. 0000133824 00000 н. 0000133989 00000 н. 0000134016 00000 н. 0000134317 00000 н. 0000135176 00000 н. 0000135489 00000 н. 0000135833 00000 н. 0000136659 00000 н. 0000136698 00000 н. 0000141132 00000 н. 0000141171 00000 н. 0000141319 00000 п. 0000141460 00000 н. 0000141575 00000 н. 0000141721 00000 н. 0000141870 00000 н. 0000141948 00000 н. 0000142063 00000 н. 0000142330 00000 н. 0000142408 00000 н. 0000142670 00000 н. 0000144446 00000 н. 0000158996 00000 н. 0000162993 00000 н. 0000163271 00000 н. 0000186113 00000 н. 0000208955 00000 н. 0000211009 00000 н. 0000250377 00000 н. 0000002478 00000 н. 0000001996 00000 н. трейлер ] / Назад 306547 / XRefStm 2478 >> startxref 0 %% EOF 307 0 объект > поток ht] (ak_ | eRL \ ҊI> n | Bl $… wY \ Dʅp с! kEt

Калькулятор эквивалентов парниковых газов – Расчеты и справочная информация

На этой странице описаны расчеты, использованные для преобразования количества выбросов парниковых газов в различные типы эквивалентных единиц.Перейдите на страницу калькулятора эквивалентов для получения дополнительной информации.

Примечание о потенциалах глобального потепления (ПГП): Некоторые эквиваленты в калькуляторе указаны как эквиваленты CO ₂ (CO ₂ E). Они рассчитываются с использованием ПГП из Четвертого оценочного доклада Межправительственной группы экспертов по изменению климата.

Сокращение электроэнергии (киловатт-часы)

В калькуляторе эквивалентов парниковых газов используется инструмент предотвращения выбросов и генерации (AVERT) U.S. средневзвешенная по стране скорость выбросов CO ₂ для преобразования сокращенных киловатт-часов в единицы предотвращенных выбросов диоксида углерода.

Большинство пользователей Калькулятора эквивалентностей, которые ищут эквиваленты для выбросов, связанных с электричеством, хотят знать эквиваленты для сокращений выбросов в результате программ повышения энергоэффективности (EE) или возобновляемых источников энергии (RE). Расчет воздействия выбросов ЭЭ и ВИЭ на электрическую сеть требует оценки количества выработки на ископаемом топливе и выбросов, вытесняемых ЭЭ и ВИЭ.Коэффициент предельных выбросов является лучшим представлением для оценки того, какие энергоблоки EE / RE, работающие на ископаемом топливе, вытесняются в флоте ископаемых. Обычно предполагается, что программы ЭЭ и ВИЭ не влияют на электростанции с базовой нагрузкой, которые работают постоянно, а скорее на предельные электростанции, которые вводятся в эксплуатацию по мере необходимости для удовлетворения спроса. Поэтому AVERT предоставляет национальный предельный коэффициент выбросов для Калькулятора эквивалентности.

Коэффициент выбросов

1562,4 фунта CO ₂ / МВтч × (4.536 × 10 ^-4 метрических тонн / фунт) × 0,001 МВтч / кВтч = 7,09 × 10 ^-4 метрических тонн CO ₂ / кВтч
(AVERT, средневзвешенное значение по США CO ₂ маржинальный уровень выбросов, данные за 2019 год)

Примечания:

• Этот расчет не включает никаких парниковых газов, кроме CO ₂ .
• Этот расчет включает линейные потери.
• Региональные предельные уровни выбросов также доступны на веб-странице AVERT.

Источники

• EPA (2020) AVERT, U.S. средневзвешенная по стране скорость выбросов CO ₂ , данные за 2019 год. Агентство по охране окружающей среды США, Вашингтон, округ Колумбия.

Израсходовано

галлонов бензина

В преамбуле к совместному нормотворчеству EPA / Министерства транспорта от 7 мая 2010 г., которое установило исходные стандарты экономии топлива Национальной программы на 2012-2016 модельные годы, агентства заявили, что они согласились использовать общий коэффициент преобразования 8 887 граммов выбросов CO ₂ на галлон потребленного бензина (Федеральный регистр 2010).Для справки, чтобы получить количество граммов CO ₂ , выделяемых на галлон сожженного бензина, теплосодержание топлива на галлон можно умножить на кг CO ₂ на единицу теплосодержания топлива.

Это значение предполагает, что весь углерод в бензине преобразован в CO ₂ (IPCC 2006).

Расчет

8887 граммов CO ₂ / галлон бензина = 8,887 × 10 ^-3 метрических тонн CO ₂ / галлон бензина

Источники

Галлонов израсходованного дизельного топлива

В преамбуле в совместном нормотворчестве EPA / Министерства транспорта 7 мая 2010 г., которое установило исходные стандарты экономии топлива Национальной программы на модельные годы 2012-2016, агентства заявили, что они согласились использовать общий коэффициент пересчета 10 180 граммов CO ₂ выбросов на галлон израсходованного дизельного топлива (Федеральный регистр 2010).Для справки, чтобы получить количество граммов CO ₂ , выделяемых на галлон сожженного дизельного топлива, теплосодержание топлива на галлон можно умножить на кг CO ₂ на единицу теплосодержания топлива.

Это значение предполагает, что весь углерод в дизельном топливе конвертируется в CO ₂ (IPCC 2006).

Расчет

10,180 граммов CO ₂ / галлон дизельного топлива = 10,180 × 10 ^-3 метрических тонн CO ₂ / галлон дизельного топлива

Источники

Легковых автомобилей в год

Легковых автомобилей определяется как двухосные автомобили с четырьмя шинами, включая легковые автомобили, фургоны, пикапы и спортивные / внедорожные автомобили.

В 2018 году средневзвешенная комбинированная экономия топлива легковых и легких грузовиков составила 22,5 мили на галлон (FHWA 2020). Средний пробег транспортного средства (VMT) в 2018 году составил 11556 миль в год (FHWA 2020).

В 2018 году отношение выбросов углекислого газа к общим выбросам парниковых газов (включая двуокись углерода, метан и закись азота, все выраженные в эквиваленте двуокиси углерода) для легковых автомобилей составило 0,993 (EPA 2020).

Количество углекислого газа, выбрасываемого на галлон сожженного автомобильного бензина, составляет 8.89 × 10 ^-3 метрических тонн, как рассчитано в разделе «Израсходованные галлоны бензина» выше.

Для определения годовых выбросов парниковых газов в расчете на одно легковое транспортное средство использовалась следующая методология: VMT был разделен на средний расход бензина, чтобы определить количество галлонов бензина, потребляемых на одно транспортное средство в год. Израсходованные галлоны бензина были умножены на количество двуокиси углерода на галлон бензина, чтобы определить выброс двуокиси углерода на автомобиль в год. Затем выбросы углекислого газа были разделены на отношение выбросов углекислого газа к общему количеству выбросов парниковых газов от транспортных средств, чтобы учесть выбросы автомобильного метана и закиси азота.

Расчет

Примечание. Из-за округления выполнение расчетов, приведенных в приведенных ниже уравнениях, может не дать точных результатов.

8,89 × 10 ^-3 метрических тонн CO ₂ / галлон бензина × 11,556 VMT _{в среднем легковой / грузовой автомобиль} × 1 / 22,5 миль на галлон _{средний легковой / грузовой автомобиль} × 1 CO ₂ , CH ₄ и N ₂ O / 0,993 CO ₂ = 4,60 метрических тонны CO ₂ E / транспортное средство / год

Источники

Мили, пройденные средним пассажирским транспортным средством

Легковые автомобили определяются как 2 -осные 4-х колесные автомобили, включая легковые автомобили, фургоны, пикапы, а также спортивные / внедорожные автомобили.

В 2018 году средневзвешенная комбинированная экономия топлива легковых и легких грузовиков составила 22,5 мили на галлон (FHWA 2020). В 2018 году отношение выбросов углекислого газа к общим выбросам парниковых газов (включая углекислый газ, метан и закись азота, все выраженные в эквиваленте углекислого газа) для легковых автомобилей составило 0,993 (EPA 2020).

Количество углекислого газа, выбрасываемого на галлон сожженного автомобильного бензина, составляет 8,89 × 10 ^-3 метрических тонн, как рассчитано в разделе «Израсходованные галлоны бензина» выше.

Для определения годовых выбросов парниковых газов на милю использовалась следующая методология: выбросы углекислого газа на галлон бензина были разделены на среднюю экономию топлива транспортных средств, чтобы определить выбросы углекислого газа на милю, пройденную типичным пассажирским транспортным средством. Затем выбросы углекислого газа были разделены на отношение выбросов углекислого газа к общему количеству выбросов парниковых газов от транспортных средств, чтобы учесть выбросы автомобильного метана и закиси азота.

Расчет

Примечание. Из-за округления выполнение расчетов, приведенных в приведенных ниже уравнениях, может не дать точных результатов.

8,89 × 10 ^-3 метрических тонн CO ₂ / галлон бензина × 1 / 22,5 миль на галлон _{в среднем легковой / грузовой автомобиль} × 1 CO ₂ , CH ₄ и N ₂ O / 0,993 CO ₂ = 3,98 x 10 ^-4 метрических тонн CO ₂ E / милю

Источники

Термические и кубические футы природного газа

Выбросы углекислого газа на терм определены путем пересчета миллионов британских тепловых единиц (млн БТЕ) на термы, затем умножая коэффициент углерода на окисленную фракцию, умножая на отношение молекулярной массы диоксида углерода к углероду (44/12).

0,1 млн БТЕ равняется одному термину (EIA 2018). Средний коэффициент выбросов углерода в трубопроводном природном газе, сожженном в 2018 году, составляет 14,43 кг углерода на 1 млн БТЕ (EPA 2020). Предполагается, что фракция, окисленная до CO ₂ , составляет 100 процентов (IPCC 2006).

Примечание. При использовании этого эквивалента имейте в виду, что он представляет собой эквивалент CO ₂ для CO ₂ , выделенного для природного газа , сжигаемого в качестве топлива, а не природного газа, выбрасываемого в атмосферу. Прямые выбросы метана в атмосферу (без горения) примерно в 25 раз сильнее, чем CO ₂ , с точки зрения их теплового воздействия на атмосферу.

Расчет

Примечание. Из-за округления выполнение расчетов, приведенных в приведенных ниже уравнениях, может не дать точных результатов.

0,1 млн БТЕ / 1 терм × 14,43 кг С / млн БТЕ × 44 кг CO ₂ /12 кг C × 1 метрическая тонна / 1000 кг = 0,0053 метрической тонны CO ₂ / терм

Выбросы диоксида углерода за терм могут быть преобразованы в выбросы диоксида углерода на тысячу кубических футов (Mcf) с использованием среднего теплосодержания природного газа в 2018 году, 10.36 термов / Mcf (EIA 2019).

0,0053 метрических тонн CO ₂ / терм x 10,36 терм / Mcf = 0,0548 метрических тонн CO ₂ / Mcf

Источники

• EIA (2019). Ежемесячный обзор энергетики, март 2019 г., Таблица A4: Приблизительное теплосодержание природного газа для конечного потребления. (PDF) (1 стр., 54 КБ, О программе PDF)
• EIA (2018). Конверсия природного газа – часто задаваемые вопросы.
• EPA (2020). Реестр выбросов и стоков парниковых газов в США: 1990-2018 гг.Приложение 2 (Методология оценки выбросов CO ₂ от сжигания ископаемого топлива), Таблица A-43. Агентство по охране окружающей среды США, Вашингтон, округ Колумбия. Агентство по охране окружающей среды США № 430-R-20-002 (PDF) (108 стр., 2 МБ, О программе PDF)
• IPCC (2006). Руководящие принципы национальных инвентаризаций парниковых газов МГЭИК 2006 г. Том 2 (Энергия). Межправительственная группа экспертов по изменению климата, Женева, Швейцария.

Баррелей израсходованной нефти

Выбросы диоксида углерода на баррель сырой нефти определяются путем умножения содержания тепла на коэффициент углерода, умноженного на долю окисленной фракции, умноженную на отношение молекулярной массы диоксида углерода к молекулярной массе углерода (44/12).

Среднее теплосодержание сырой нефти составляет 5,80 млн БТЕ на баррель (EPA 2020). Средний углеродный коэффициент сырой нефти составляет 20,31 кг углерода на 1 млн БТЕ (EPA 2020). Предполагается, что окисленная фракция составляет 100 процентов (IPCC 2006).

Расчет

Примечание. Из-за округления выполнение расчетов, приведенных в приведенных ниже уравнениях, может не дать точных результатов.

5,80 млн БТЕ / баррель × 20,31 кг C / млн БТЕ × 44 кг CO ₂ /12 кг C × 1 метрическая тонна / 1000 кг = 0.43 метрических тонны CO ₂ / баррель

Источники

Автоцистерны с бензином

Количество углекислого газа, выбрасываемого на галлон сожженного автомобильного бензина, составляет 8,89 × 10 ^-3 метрических тонн, как рассчитано в « Израсходовано галлонов бензина »выше. Бочка равна 42 галлонам. Типичный бензовоз вмещает 8 500 галлонов.

Расчет

Примечание. Из-за округления выполнение расчетов, приведенных в приведенных ниже уравнениях, может не дать точных результатов.

8,89 × 10 ^-3 метрических тонн CO ₂ / галлон × 8 500 галлонов / автоцистерна = 75,54 метрических тонн CO ₂ / автоцистерна

Источники

Количество ламп накаливания, переведенных на светоизлучающие диодные лампы

Светодиодная лампа мощностью 9 Вт дает такой же световой поток, как лампа накаливания мощностью 43 Вт. Годовая энергия, потребляемая лампочкой, рассчитывается путем умножения мощности (43 Вт) на среднесуточное использование (3 часа в день) на количество дней в году (365).При среднем ежедневном использовании 3 часа в день лампа накаливания потребляет 47,1 кВтч в год, а светодиодная лампа – 9,9 кВтч в год (EPA 2019). Годовая экономия энергии от замены лампы накаливания эквивалентной светодиодной лампой рассчитывается путем умножения разницы в мощности между двумя лампами в 34 Вт (43 Вт минус 9 Вт) на 3 часа в день и 365 дней в году.

Выбросы углекислого газа, уменьшенные на одну лампочку, переключенную с лампы накаливания на светодиодную, рассчитываются путем умножения годовой экономии энергии на средневзвешенный уровень выбросов двуокиси углерода для поставляемой электроэнергии.Средневзвешенный национальный уровень выбросов диоксида углерода для поставленной электроэнергии в 2019 году составил 1562,4 фунта CO ₂ на мегаватт-час, что учитывает потери при передаче и распределении (EPA 2020).

Расчет

Примечание. Из-за округления выполнение расчетов, приведенных в приведенных ниже уравнениях, может не дать точных результатов.

34 Вт x 3 часа / день x 365 дней / год x 1 кВтч / 1000 Втч = 37,2 кВтч / год / замена лампы

37.2 кВтч / лампочка в год x 1562,4 фунта CO ₂ / МВт-ч поставленной электроэнергии x 1 МВтч / 1000 кВтч x 1 метрическая тонна / 2204,6 фунта = 2,64 x 10 ^-2 метрических тонн CO ₂ / замена лампы

Источники

• EPA (2020). AVERT, США, средневзвешенный уровень выбросов CO ₂ , данные за 2018 год. Агентство по охране окружающей среды США, Вашингтон, округ Колумбия.
• EPA (2019). Калькулятор экономии для лампочек, соответствующих требованиям ENERGY STAR. Агентство по охране окружающей среды США, Вашингтон, округ Колумбия.

Домашнее потребление электроэнергии

В 2019 году 120,9 миллиона домов в США потребили 1 437 миллиардов киловатт-часов (кВтч) электроэнергии (EIA 2020a). В среднем каждый дом потреблял 11880 кВтч поставленной электроэнергии (EIA 2020a). Средний национальный уровень выработки углекислого газа для выработки электроэнергии в 2018 году составил 947,2 фунта CO ₂ на мегаватт-час (EPA 2020), что соответствует примерно 1021,6 фунту CO ₂ на мегаватт-час для поставленной электроэнергии, при условии передачи и распределения. потери 7.3% (EIA 2020b; EPA 2020). ¹

Годовое домашнее потребление электроэнергии было умножено на уровень выбросов углекислого газа (на единицу поставленной электроэнергии), чтобы определить годовые выбросы углекислого газа на дом.

Расчет

Примечание. Из-за округления выполнение расчетов, приведенных в приведенных ниже уравнениях, может не дать точных результатов.

11880 кВтч на дом × 947,2 фунта CO ₂ на выработанный мегаватт-час × 1 / (1-0,073) МВтч доставлено / выработано МВтч × 1 МВтч / 1000 кВтч × 1 метрическая тонна / 2204.6 фунтов = 5,505 метрических тонн CO ₂ / дом.

Источники

Энергопотребление в домашних условиях

В 2019 году в США насчитывалось 120,9 миллиона домов (EIA 2020a). В среднем каждый дом потреблял 11 880 кВтч отпущенной электроэнергии. Общенациональное потребление природного газа, сжиженного нефтяного газа и мазута домашними хозяйствами в 2019 году составило 5,22, 0,46 и 0,45 квадриллиона БТЕ соответственно (EIA 2020a). В среднем по домохозяйствам в Соединенных Штатах это составляет 41 712 кубических футов природного газа, 42 галлона сжиженного нефтяного газа и 27 галлонов мазута на дом.

Средний показатель выработки углекислого газа по стране в 2018 году составил 947,2 фунта CO ₂ на мегаватт-час (EPA 2020), что соответствует примерно 1021,6 фунту CO ₂ на мегаватт-час для поставленной электроэнергии (при условии передачи и потери при распределении 7,3%) (EPA 2020; EIA 2020b). ¹

Средний коэффициент диоксида углерода природного газа составляет 0,0548 кг CO ₂ на кубический фут (EIA 2019c). Доля, окисленная до CO ₂ , составляет 100 процентов (IPCC 2006).

Средний коэффициент диоксида углерода дистиллятного мазута составляет 430,80 кг CO ₂ на баррель объемом 42 галлона (EPA 2020). Доля, окисленная до CO ₂ , составляет 100 процентов (IPCC 2006).

Средний коэффициент углекислого газа сжиженных углеводородных газов составляет 235,7 кг CO ₂ на баррель объемом 42 галлона (EPA 2020). Окисленная фракция составляет 100 процентов (IPCC 2006).

Общие данные о потреблении электроэнергии, природного газа, дистиллятного мазута и сжиженного нефтяного газа были переведены из различных единиц в метрические тонны CO ₂ и сложены вместе, чтобы получить общие выбросы CO ₂ на дом.

Расчет

Примечание. Из-за округления выполнение расчетов, приведенных в приведенных ниже уравнениях, может не дать точных результатов.

1. Электроэнергия: 11880 кВтч на дом × 947 фунтов CO ₂ на выработанный мегаватт-час × (1 / (1-0,073)) выработанное МВтч / поставленное МВтч × 1 МВтч / 1000 кВтч × 1 метрическая тонна / 2204,6 фунта = 5,505 метрических тонн CO ₂ / дом.

2. Природный газ: 41 712 кубических футов на дом × 0,0548 кг CO ₂ / кубический фут × 1/1000 кг / метрическая тонна = 2.29 метрических тонн CO ₂ / дом

3. Сжиженный углеводородный газ: 41,8 галлона на дом × 1/42 барреля / галлон × 235,7 кг CO ₂ / баррель × 1/1000 кг / метрическая тонна = 0,23 метрической тонны CO ₂ / дом

4. Мазут: 27,1 галлона на дом × 1/42 барреля / галлон × 430,80 кг CO ₂ / баррель × 1/1000 кг / метрическая тонна = 0,28 метрической тонны CO ₂ / дом

Всего выбросов CO ₂ при использовании энергии на дом: 5,505 метрических тонн CO ₂ на электроэнергию + 2.29 метрических тонн CO ₂ для природного газа + 0,23 метрических тонн CO ₂ для сжиженного нефтяного газа + 0,29 метрических тонн CO ₂ для мазута = 8,30 метрических тонн CO ₂ на дом в год .

Источники

• EIA (2020a). Годовой прогноз энергетики на 2020 год, Таблица A4: Ключевые показатели и потребление жилого сектора.
• EIA (2020b). Годовой прогноз развития энергетики на 2020 год, таблица A8: Предложение, утилизация, цены и выбросы электроэнергии.
• EIA (2019).Ежемесячный обзор энергетики, ноябрь 2019 г., Таблица A4: Приблизительное теплосодержание природного газа для конечного потребления. (PDF) (270 стр., 2,65 МБ, О программе PDF)
• EPA (2020). Реестр выбросов и стоков парниковых газов в США: 1990-2018 гг. Приложение 2 (Методология оценки выбросов CO ₂ в результате сжигания ископаемого топлива), Таблица A-47 и Таблица A-53. Агентство по охране окружающей среды США, Вашингтон, округ Колумбия. Агентство по охране окружающей среды США № 430-R-20-002 (PDF) (108 стр., 2 МБ, О программе PDF)
• EPA (2020).eGRID, годовой национальный коэффициент выбросов США, данные за 2016 год. Агентство по охране окружающей среды США, Вашингтон, округ Колумбия.
• IPCC (2006). Руководящие принципы национальных инвентаризаций парниковых газов МГЭИК 2006 г. Том 2 (Энергия). Межправительственная группа экспертов по изменению климата, Женева, Швейцария.

Количество городских саженцев деревьев, выращенных за 10 лет

Среднерослое хвойное или лиственное дерево, посаженное в городских условиях и разрешенное для роста в течение 10 лет, секвестры 23.2 и 38.0 фунтов углерода соответственно. Эти оценки основаны на следующих предположениях:

• Среднерослые хвойные и лиственные деревья выращивают в питомнике в течение одного года, пока они не станут 1 дюйм в диаметре на высоте 4,5 фута над землей (размер дерева, купленного в 15- галлоновый контейнер).
• Деревья, выращенные в питомниках, затем высаживаются в пригороде / городе; деревья не густо посажены.
• При расчете учитываются «коэффициенты выживаемости», разработанные У.С. ДОЕ (1998). Например, через 5 лет (один год в яслях и 4 года в городских условиях) вероятность выживания составляет 68 процентов; через 10 лет вероятность снижается до 59 процентов. Для оценки потерь растущих деревьев вместо переписи, проводимой для точного учета общего количества посаженных саженцев по сравнению с выжившими до определенного возраста, коэффициент секвестрации (в фунтах на дерево) умножается на коэффициент выживаемости, чтобы получить вероятность: взвешенная скорость секвестрации. Эти значения суммируются за 10-летний период, начиная с момента посадки, чтобы получить оценку 23.2 фунта углерода на хвойное дерево или 38,0 фунта углерода на лиственное дерево.

Оценки поглощения углерода хвойными и лиственными деревьями были затем взвешены по процентной доле хвойных и лиственных деревьев в городах США. Из примерно 11000 хвойных и лиственных деревьев в семнадцати крупных городах США примерно 11 процентов и 89 процентов взятых в выборку деревьев были хвойными и лиственными, соответственно (McPherson et al., 2016).Следовательно, средневзвешенное значение углерода, поглощенного хвойным или лиственным деревом средней высоты, посаженным в городских условиях и позволяющим расти в течение 10 лет, составляет 36,4 фунта углерода на одно дерево.

Обратите внимание на следующие оговорки к этим предположениям:

• В то время как большинству деревьев требуется 1 год в питомнике, чтобы достичь стадии рассады, деревьям, выращенным в других условиях, и деревьям определенных видов может потребоваться больше времени: до 6 лет.
• Средние показатели выживаемости в городских районах основаны на общих предположениях, и эти показатели будут значительно варьироваться в зависимости от условий местности.
• Связывание углерода зависит от скорости роста, которая зависит от местоположения и других условий.
• Этот метод оценивает только прямое связывание углерода и не включает экономию энергии в результате затенения зданий городским лесным покровом.
• Этот метод лучше всего использовать для оценки пригородных / городских территорий (например, парков, тротуаров, дворов) с сильно рассредоточенными насаждениями деревьев и не подходит для проектов лесовосстановления.

Для преобразования в метрические тонны CO ₂ на дерево умножьте на отношение молекулярной массы диоксида углерода к молекулярной массе углерода (44/12) и соотношение метрических тонн на фунт (1 / 2,204.6).

Расчет

Примечание. Из-за округления выполнение расчетов, приведенных в приведенных ниже уравнениях, может не дать точных результатов.

(0,11 [процент хвойных деревьев в выбранных городских условиях] × 23,2 фунта C / хвойное дерево) + (0,89 [процент лиственных деревьев в выбранных городских условиях] × 38,0 фунта C / лиственное дерево) = 36,4 фунта C / дерево

36,4 фунта C / дерево × (44 единицы CO ₂ /12 единиц C) × 1 метрическая тонна / 2204,6 фунта = 0,060 метрической тонны CO ₂ на одно посаженное городское дерево

Источники

Акров U.S. леса, улавливающие СО2 в течение одного года

Леса определяются здесь как управляемые леса, которые классифицируются как леса более 20 лет (т. Е. За исключением лесов, переустроенных в / из других типов землепользования). Пожалуйста, обратитесь к Реестру выбросов и стоков парниковых газов США: 1990–2018 гг., , где обсуждается определение лесов США и методология оценки запасов углерода в лесах США (EPA 2020).

Растущие леса накапливают и накапливают углерод. В процессе фотосинтеза деревья удаляют CO ₂ из атмосферы и хранят его в виде целлюлозы, лигнина и других соединений.Скорость накопления углерода в лесном ландшафте равна общему росту деревьев за вычетом вывозки (т. Е. Урожая для производства бумаги и древесины и потери деревьев в результате естественных нарушений) за вычетом разложения. В большинстве лесов США рост превышает абсорбцию и разложение, поэтому количество углерода, хранимого в национальном масштабе в лесных угодьях, в целом увеличивается, хотя и снижается.

Расчет для лесов США

Реестр выбросов и стоков парниковых газов США: 1990–2018 гг. (EPA 2020) предоставляет данные о чистом изменении запасов углерода в лесах и площади лесов.

Годовое чистое изменение запасов углерода на площадь в год t = (Запасы углерода _{(t + 1)} – Запасы углерода _т ) / Площадь земель, остающихся в той же категории землепользования

Шаг 1: Определить изменение запасов углерода между годами путем вычитания запасов углерода в году t из запасов углерода в году (t + 1) _. В этом расчете, который также содержится в Реестре выбросов и стоков парниковых газов США: 1990–2018 гг. (EPA 2020), используются оценки лесной службы Министерства сельского хозяйства США по запасам углерода в 2019 году за вычетом запасов углерода в 2018 году.(Этот расчет включает запасы углерода в надземной биомассе, подземной биомассе, валежной древесине, подстилке, а также в пулах почвенного органического и минерального углерода. Прирост углерода, связанный с продуктами из заготовленной древесины, в этот расчет не включается.)

Годовое чистое изменение запасов углерода в 2018 году = 56 016 млн т C – 55 897 млн ​​т C = 154 млн т C

Шаг 2: Определите годовое чистое изменение запасов углерода (т.е. секвестрации) на площадь , разделив изменение запасов углерода на U.S. леса из Шага 1 по общей площади лесов США, оставшихся в лесах в году t (т. Е. Площадь земель, категории землепользования которых не изменились между периодами времени).

Применение расчета Шага 2 к данным, разработанным Лесной службой Министерства сельского хозяйства США для инвентаризации выбросов и стоков парниковых газов в США: 1990–2018 гг. дает результат 200 метрических тонн углерода на гектар (или 81 метрическую тонну углерода). углерода на акр) для плотности запаса углерода в СШАлесов в 2018 году, при этом годовое чистое изменение запасов углерода на площадь в 2018 году составило 0,55 метрических тонн поглощенного углерода на гектар в год (или 0,22 метрических тонны поглощенного углерода на акр в год).

Примечание. Из-за округления выполнение расчетов, приведенных в приведенных ниже уравнениях, может не дать точных результатов.

Плотность запасов углерода в 2018 году = (55 897 млн ​​т C × 10 ⁶ ) / (279 787 тыс. Га × 10 ³ ) = 200 метрических тонн хранимого углерода на гектар

Чистое годовое изменение запасов углерода на площадь в 2018 году = (-154 млн т C × 10 ⁶ ) / (279 787 тыс.га × 10 ³ ) = – 0,55 метрических тонн секвестрированного углерода на гектар в год *

* Отрицательные значения указывают на связывание углерода.

С 2007 по 2018 год среднее годовое поглощение углерода на единицу площади составляло 0,55 метрической тонны C / га / год (или 0,22 метрической тонны C / акр / год) в США при минимальном значении 0,52 метрической тонны C / гектар / год (или 0,22 метрической тонны С / акр / год) в 2014 году и максимальное значение 0,57 метрической тонны С / га / год (или 0.23 метрических тонны С / акр / год) в 2011 и 2015 годах.

Эти значения включают углерод в пяти лесных резервуарах: надземная биомасса, подземная биомасса, валежная древесина, подстилка, а также органический и минеральный углерод почвы, и основаны на государственных: уровень данных инвентаризации и анализа лесов (FIA). Запасы углерода в лесах и изменение запасов углерода основаны на методологии и алгоритмах разницы в запасах, описанных Смитом, Хитом и Николсом (2010).

Коэффициент преобразования для углерода, секвестрированного за один год на 1 акр среднего U.S. Forest

Примечание: из-за округления выполнение вычислений, приведенных в приведенных ниже уравнениях, может не дать точных результатов.

-0,22 метрической тонны C / акр / год * × (44 единицы CO ₂ /12 единиц C) = – 0,82 метрической тонны CO ₂ / акр / год, ежегодно поглощаемой одним акром среднего леса в США.

* Отрицательные значения указывают на связывание углерода.

Обратите внимание, что это приблизительная оценка для «средних» лесов США с 2017 по 2018 год; я.е., годовое чистое изменение накопления углерода в лесах США в целом за период с 2017 по 2018 год. В основе национальных оценок лежат значительные географические различия, и вычисленные здесь значения могут не отражать отдельные регионы, штаты или изменения в видовом составе. дополнительных соток леса.

Чтобы оценить поглощенный углерод (в метрических тоннах CO ₂ ) дополнительными «средними» акрами лесов за один год, умножьте количество дополнительных акров на -0.82 метрических тонны CO ₂ акров / год.

Источники

• EPA (2020). Реестр выбросов и стоков парниковых газов в США: 1990-2018 гг. Агентство по охране окружающей среды США, Вашингтон, округ Колумбия. Агентство по охране окружающей среды США № 430-R-20-002 (PDF) (733 стр., 14 МБ, О программе PDF)
• IPCC (2006). Руководящие принципы национальных инвентаризаций парниковых газов МГЭИК 2006 г., Том 4 (Сельское, лесное и другое землепользование). Межправительственная группа экспертов по изменению климата, Женева, Швейцария.
• Смит, Дж., Хит, Л., и Николс, М. (2010). Руководство пользователя инструмента расчета углерода в лесах США: Запасы углерода в лесных угодьях и чистое годовое изменение запасов. Общий технический отчет NRS-13 пересмотрен, Министерство сельского хозяйства США, Лесная служба, Северная исследовательская станция.

акров лесов США, сохранившихся после переустройства в пахотные земли

Леса определяются здесь как управляемые леса, которые классифицируются как леса более 20 лет (т. Е. За исключением лесов, переустроенных в / из других типов землепользования).Пожалуйста, обратитесь к Реестру выбросов и стоков парниковых газов США: 1990–2018 гг., , где обсуждается определение лесов США и методология оценки запасов углерода в лесах США (EPA 2020).

На основании данных, разработанных Лесной службой Министерства сельского хозяйства США для инвентаризации выбросов и стоков парниковых газов в США: 1990–2018 гг. , плотность запасов углерода в лесах США в 2018 г. составила 200 метрических тонн углерода на гектар (или 81 метрическую тонну). углерода на акр) (EPA 2020).Эта оценка состоит из пяти углеродных пулов: надземная биомасса (53 метрических тонны C / га), подземная биомасса (11 метрических тонн C / га), валежная древесина (10 метрических тонн C / га), подстилка (13 метрических тонн C / га). гектар) и почвенный углерод, который включает минеральные почвы (92 метрических тонны С / га) и органические почвы (21 метрическую тонну С / га).

Реестр выбросов и стоков парниковых газов США : 1990–2018 гг.При расчете изменений запасов углерода в биомассе в результате преобразования лесных угодий в пахотные земли руководящие принципы МГЭИК указывают, что среднее изменение запасов углерода равно изменению запасов углерода из-за удаления биомассы из исходящего землепользования (т. Е. Лесных угодий) плюс углерод. запасы углерода за год прироста входящего землепользования (т. е. пахотных земель) или углерод в биомассе сразу после преобразования минус углерод в биомассе до преобразования плюс запасы углерода за год роста входящего землепользования ( я.е., пахотные земли) (IPCC 2006). Запас углерода в годовой биомассе пахотных земель через год составляет 5 метрических тонн C на гектар, а содержание углерода в сухой надземной биомассе составляет 45 процентов (IPCC 2006). Таким образом, запас углерода в пахотных землях после одного года роста оценивается в 2,25 метрических тонны C на гектар (или 0,91 метрических тонны C на акр).

Усредненный эталонный запас углерода в почве (для высокоактивной глины, малоактивной глины, песчаных почв и гистосолей для всех климатических регионов США) составляет 40.83 метрических тонны C / га (EPA 2020). Изменение запасов углерода в почвах зависит от времени, при этом по умолчанию период времени для перехода между равновесными значениями углерода в почве составляет 20 лет для почв в системах пахотных земель (IPCC 2006). Следовательно, предполагается, что изменение равновесного почвенного углерода будет рассчитываться в годовом исчислении в течение 20 лет, чтобы представлять годовой поток в минеральных и органических почвах.

Органические почвы также выделяют CO ₂ при осушении. Выбросы из осушаемых органических почв в лесных угодьях и осушенных органических почв на пахотных землях варьируются в зависимости от глубины дренажа и климата (IPCC 2006).Реестр выбросов и стоков парниковых газов США: 1990–2018 гг. оценивает выбросы от осушенных органических почв с использованием коэффициентов выбросов, специфичных для США, для пахотных земель и коэффициентов выбросов по умолчанию МГЭИК (2014) для лесных угодий (EPA 2020).

Годовое изменение выбросов с одного гектара осушенных органических почв можно рассчитать как разницу между коэффициентами выбросов для лесных почв и почв пахотных земель. Коэффициенты выбросов для осушенной органической почвы на лесных угодьях умеренного пояса равны 2.60 метрических тонн C / га / год и 0,31 метрических тонн C / га / год (EPA 2020, IPCC 2014), а средний коэффициент выбросов для осушенной органической почвы на пахотных землях для всех климатических регионов составляет 13,17 метрических тонн C / га / год ( EPA 2020).

Руководящие принципы IPCC (2006) указывают на то, что недостаточно данных для обеспечения подхода или параметров по умолчанию для оценки изменения запасов углерода из резервуаров мертвого органического вещества или подземных запасов углерода на многолетних возделываемых землях (IPCC 2006).

Расчет для преобразования U.S. От лесов к пахотным землям США

Годовое изменение запасов углерода биомассы на землях, переустроенных в другую категорию землепользования

∆CB = ∆C _G + C _{Пересчет} – ∆C _L

Где:

∆CB = годовое изменение запасов углерода в биомассе на землях, переустроенных в другую категорию землепользования (т. Е. Изменение биомассы на землях, переустроенных из леса в пахотные земли)

∆C _G = ежегодное увеличение запасов углерода в биомассе из-за роста земель, переустроенных в другую категорию землепользования (т.е., 2,25 метрических тонны C / га на пахотных землях через год после преобразования из лесных земель)

C _{Преобразование} = первоначальное изменение запасов углерода в биомассе на землях, переустроенных в другую категорию землепользования. Сумма запасов углерода в надземной, подземной биомассе, валежной древесине и подстилочной биомассе (-86,97 метрических тонн C / га). Сразу после преобразования лесных угодий в пахотные земли предполагается, что запас углерода надземной биомассы равен нулю, так как земля очищается от всей растительности перед посадкой сельскохозяйственных культур)

∆C _L = годовое уменьшение запасов биомассы из-за потерь от лесозаготовок, сбора топливной древесины и нарушений на землях, переустроенных в другую категорию землепользования (принимается равной нулю)

Следовательно, : ∆CB = ∆C _G + C _{Преобразование} – ∆C _L = -84.72 метрических тонны углерода на гектар / год запасов углерода биомассы теряются, когда лесные угодья превращаются в пахотные земли в год преобразования.

Годовое изменение запасов органического углерода в минеральных и органических почвах

∆C _Почва = (SOC ₀ – SOC _{(0 – T)} ) / D

Где:

∆C _Почва = годовое изменение запасов углерода в минеральных и органических почвах

SOC ₀ = запасы органического углерода в почве за последний год периода инвентаризации (т.е., 40,83 мт / га, средний эталонный запас углерода в почве)

SOC _{(0 – т)} = запас органического углерода в почве на начало периода инвентаризации (т. е. 113 мт C / га, что включает 92 т C / га в минеральных почвах плюс 21 т C / га в органических почвах)

D = Временная зависимость коэффициентов изменения запасов, которая является периодом времени по умолчанию для перехода между равновесными значениями SOC (т. е. 20 лет для систем пахотных земель)

Следовательно, : ∆C _Почва = (SOC ₀ – SOC _(0-T) ) / D = (40.83 – 113) / 20 = -3,60 метрических тонн C / га / год потери углерода в почве.

Источник : (IPCC 2006) .

Годовое изменение выбросов из осушенных органических почв

Реестр выбросов и стоков парниковых газов США: 1990–2018 гг. использует стандартные коэффициенты МГЭИК (2014) для осушенной органической почвы на лесных землях и специфические для США коэффициенты для пахотных земель. Изменение выбросов от осушенных органических почв на гектар оценивается как разница между коэффициентами выбросов для осушенных органических лесных почв и осушенных органических почв пахотных земель.

∆L _{Органические} = EF _{пахотные земли} – EF _{лесные угодья}

Где:

∆L _{Органические} = Годовое изменение выбросов осушенных органических почв на гектар

EF _{пахотные земли} = 13,17 метрических тонн C / га / год (среднее значение коэффициентов выбросов для осушенных органических почв пахотных земель в субтропическом, умеренно холодном и умеренно теплом климатах в США) (EPA 2020)

EF _{лесные угодья} = 2.60 + 0,31 = 2,91 метрических тонн C / га / год (коэффициенты выбросов для умеренно осушенных органических лесных почв) (IPCC 2014)

∆ L _{органических} = 13,17 – 2,91 = 10,26 метрических тонн C / га / год выбрасывается

Следовательно, изменение плотности углерода от преобразования лесных угодий в пахотные земли составит -84,72 метрических тонны C / гектар / год биомассы плюс -3,60 метрических тонны C / гектар / год почвы C, минус 10,26 метрических тонн C / га / год от осушенных органических почв, что равняется общей потере 98.5 метрических тонн C / га / год (или -39,89 метрических тонн C / акр / год) в год преобразования. Чтобы преобразовать его в диоксид углерода, умножьте его на отношение молекулярной массы диоксида углерода к молекулярной массе углерода (44/12), чтобы получить значение -361,44 метрических тонны CO ₂ / га / год (или -147,27 метрических тонн. CO ₂ / акр / год) в год конверсии.

Коэффициент преобразования для углерода, секвестрированного 1 акром леса, сохраненного после преобразования в возделываемые земли

Примечание: из-за округления выполнение расчетов, приведенных в приведенных ниже уравнениях, может не дать точных результатов.

-39,89 метрических тонн C / акр / год * x (44 единицы CO ₂ /12 единиц C) = – 146,27 метрических тонн CO ₂ / акр / год (в год преобразования)

* Отрицательные значения указывают на то, что CO ₂ НЕ излучается.

Для оценки выбросов CO ₂ , не выбрасываемых, когда акр леса сохраняется от преобразования в пахотные земли, просто умножьте количество акров леса, не преобразованных в пахотные земли, на -146,27 т CO ₂ / акр / год. Обратите внимание, что это представляет собой CO ₂ , которых удалось избежать в год конверсии.Также обратите внимание, что этот метод расчета предполагает, что вся лесная биомасса окисляется во время вырубки (т. Е. Ни одна из сожженных биомассов не остается в виде древесного угля или золы) и не включает углерод, хранящийся в лесоматериалах после сбора урожая. Также обратите внимание, что эта оценка включает запасы углерода как в минеральной, так и в органической почве.

Источники

Пропановые баллоны, используемые для домашних барбекю

Пропан на 81,7% состоит из углерода (EPA 2020). Предполагается, что окисленная фракция составляет 100 процентов (IPCC 2006).

Выбросы диоксида углерода на фунт пропана были определены путем умножения веса пропана в баллоне на процентное содержание углерода, умноженное на долю окисленной фракции, умноженную на отношение молекулярной массы диоксида углерода к молекулярной массе углерода (44/12). Пропановые баллоны различаются по размеру; для целей этого расчета эквивалентности предполагалось, что типичный баллон для домашнего использования содержит 18 фунтов пропана.

Расчет

Примечание. Из-за округления выполнение расчетов, приведенных в приведенных ниже уравнениях, может не дать точных результатов.

18 фунтов пропана / 1 баллон × 0,817 фунта C / фунт пропана × 0,4536 кг / фунт × 44 кг CO ₂ /12 кг C × 1 метрическая тонна / 1000 кг = 0,024 метрической тонны CO ₂ / баллон

Источники

Вагоны сожженного угля

Среднее теплосодержание угля, потребляемого электроэнергетическим сектором США в 2018 году, составило 20,85 млн БТЕ на метрическую тонну (EIA 2019). Средний углеродный коэффициент угля, сжигаемого для выработки электроэнергии в 2018 году, составил 26.09 килограммов углерода на миллион БТЕ (EPA 2020). Предполагается, что окисленная фракция составляет 100 процентов (IPCC 2006).

Выбросы двуокиси углерода на тонну угля были определены путем умножения теплосодержания на коэффициент углерода, умноженную на окисленную фракцию, на отношение молекулярной массы двуокиси углерода к молекулярной массе углерода (44/12). Предполагалось, что количество угля в среднем вагоне составляет 100,19 коротких тонн или 90,89 метрических тонн (Hancock, 2001).

Расчет

Примечание. Из-за округления выполнение расчетов, приведенных в приведенных ниже уравнениях, может не дать точных результатов.

20,85 млн БТЕ / метрическая тонна угля × 26,09 кг С / млн БТЕ × 44 кг CO ₂ /12 кг C × 90,89 метрических тонн угля / вагон × 1 метрическая тонна / 1000 кг = 181,29 метрических тонн CO ₂ / железнодорожный вагон

Источники

• EIA (2019). Ежемесячный обзор энергетики, ноябрь 2019 г., Таблица A5: Приблизительное теплосодержание угля и угольного кокса. (PDF) (1 стр., 56 КБ, О программе PDF)
• EPA (2020). Реестр выбросов и стоков парниковых газов в США: 1990-2018 гг. Приложение 2 (Методология оценки выбросов CO ₂ от сжигания ископаемого топлива), Таблица A-43.Агентство по охране окружающей среды США, Вашингтон, округ Колумбия. Агентство по охране окружающей среды США № 430-R-20-002 (PDF) (108 стр., 3 МБ, О программе в формате PDF).
• Хэнкок (2001). Хэнкок, Кэтлин и Срикант, Анд. Перевод веса груза в количество вагонов . Совет по исследованиям в области транспорта , Бумага 01-2056, 2001.
• IPCC (2006). Руководящие принципы национальных инвентаризаций парниковых газов МГЭИК 2006 г. Том 2 (Энергия). Межправительственная группа экспертов по изменению климата, Женева, Швейцария.

Фунтов сожженного угля

Средняя теплосодержание угля, потребляемого электроэнергетикой в ​​США.S. в 2018 году составила 20,85 млн БТЕ на метрическую тонну (EIA 2019). Средний углеродный коэффициент угля, сжигаемого для производства электроэнергии в 2018 году, составил 26,09 килограмма углерода на 1 млн БТЕ (EPA, 2019). Окисленная фракция составляет 100 процентов (IPCC 2006).

Выбросы диоксида углерода на фунт угля были определены путем умножения теплосодержания на коэффициент углерода, умноженную на окисленную фракцию, на отношение молекулярной массы диоксида углерода к молекулярной массе углерода (44/12).

Расчет

Примечание. Из-за округления выполнение расчетов, приведенных в приведенных ниже уравнениях, может не дать точных результатов.

20,85 млн БТЕ / метрическая тонна угля × 26,09 кг С / млн БТЕ × 44 кг CO ₂ /12 кг C × 1 метрическая тонна угля / 2204,6 фунта угля x 1 метрическая тонна / 1000 кг = 9,05 x 10 ^-4 метрических тонн CO ₂ / фунт угля

Источники

• EIA (2019). Ежемесячный обзор энергетики, ноябрь 2019 г., Таблица A5: Приблизительное теплосодержание угля и угольного кокса. (PDF) (1 стр., 56 КБ, О программе PDF)
• EPA (2020). Реестр выбросов и стоков парниковых газов в США: 1990-2018 гг.Приложение 2 (Методология оценки выбросов CO ₂ от сжигания ископаемого топлива), Таблица A-43. Агентство по охране окружающей среды США, Вашингтон, округ Колумбия. Агентство по охране окружающей среды США № 430-R-20-002 (PDF) (108 стр., 2 МБ, О программе в формате PDF).
• IPCC (2006). Руководящие принципы национальных инвентаризаций парниковых газов МГЭИК 2006 г. Том 2 (Энергия). Межправительственная группа экспертов по изменению климата, Женева, Швейцария.

Тонны отходов рециркулируются вместо захоронения

Для разработки коэффициента преобразования для переработки, а не захоронения отходов, были использованы коэффициенты выбросов из модели сокращения отходов (WARM) Агентства по охране окружающей среды (EPA 2019).Эти коэффициенты выбросов были разработаны в соответствии с методологией оценки жизненного цикла с использованием методов оценки, разработанных для национальных кадастров выбросов парниковых газов. Согласно WARM, чистое сокращение выбросов от переработки смешанных вторсырья (например, бумаги, металлов, пластмасс) по сравнению с исходным уровнем, в котором материалы вывозятся на свалки (т.е. с учетом предотвращенных выбросов от захоронения), составляет 2,94 метрических тонны углерода. эквивалент диоксида на короткую тонну.

Расчет

Примечание. Из-за округления выполнение расчетов, приведенных в приведенных ниже уравнениях, может не дать точных результатов.

2,94 метрических тонны CO ₂ эквивалента / тонна переработанных отходов вместо захоронения

Источники

Количество мусоровозов с переработанными отходами вместо захоронения

Выбросы в эквиваленте диоксида углерода, которых удалось избежать при переработке вместо захоронения 1 тонна отходов составляет 2,94 метрических тонны CO ₂ эквивалента на тонну, как рассчитано в разделе «Тонны отходов, перерабатываемых вместо захоронения» выше.

Сокращение выбросов углекислого газа на каждый мусоровоз, заполненный отходами, был определен путем умножения выбросов, которых удалось избежать в результате переработки, а не захоронения 1 тонны отходов, на количество отходов в среднем мусоровозе.Предполагалось, что количество отходов в среднем мусоровозе составляет 7 тонн (EPA 2002).

Расчет

Примечание. Из-за округления выполнение расчетов, приведенных в приведенных ниже уравнениях, может не дать точных результатов.

2,94 метрических тонны CO ₂ эквивалента / тонна переработанных отходов вместо захоронения x 7 тонн / мусоровоз = 20,58 метрических тонн CO ₂ E / мусоровоз для утилизации отходов вместо захоронения

Источники

Мусор мешки с отходами переработаны вместо захоронения

Согласно WARM, чистое сокращение выбросов от переработки смешанных вторсырья (например,ж., бумага, металлы, пластмассы), по сравнению с базовым уровнем, при котором материалы вывозятся на свалки (т. е. с учетом предотвращенных выбросов от захоронения), составляет 2,94 метрических тонны эквивалента CO ₂ на короткую тонну, как рассчитано в « Тонны отходов перерабатываются, а не вывозятся на свалки »выше.

Сокращение выбросов углекислого газа на каждый мешок для мусора, заполненный отходами, было определено путем умножения выбросов, которых удалось избежать при переработке вместо захоронения 1 тонны отходов, на количество отходов в среднем мешке для мусора.

Количество отходов в среднем мешке для мусора было рассчитано путем умножения средней плотности смешанных вторсырья на средний объем мешка для мусора.

Согласно стандартным коэффициентам преобразования объема в вес EPA, средняя плотность смешанных вторсырья составляет 111 фунтов на кубический ярд (EPA 2016a). Предполагалось, что объем мешка для мусора стандартного размера составляет 25 галлонов, исходя из типичного диапазона от 20 до 30 галлонов (EPA 2016b).

Расчет

Примечание. Из-за округления выполнение расчетов, приведенных в приведенных ниже уравнениях, может не дать точных результатов.

2,94 метрических тонны CO ₂ эквивалента / короткая тонна отходов, переработанных вместо захоронения × 1 короткая тонна / 2000 фунтов × 111 фунтов отходов / кубический ярд × 1 кубический ярд / 173,57 сухих галлонов × 25 галлонов / мешок для мусора = 2,35 x 10 ^-2 метрических тонн CO ₂ эквивалента / мешок для мусора переработанных отходов вместо захоронения

Источники

Выбросы угольных электростанций за один год

В 2018 году в общей сложности использовалось 264 электростанции уголь для выработки не менее 95% электроэнергии (EPA 2020).Эти станции выбросили 1 047 138 303,3 метрических тонны CO ₂ в 2018 году.

Выбросы углекислого газа на одну электростанцию ​​были рассчитаны путем деления общих выбросов электростанций, основным источником топлива которых был уголь, на количество электростанций.

Расчет

Примечание. Из-за округления выполнение расчетов, приведенных в приведенных ниже уравнениях, может не дать точных результатов.

1 047 138 303,3 метрических тонны CO ₂ × 1/264 электростанции = 3 966 432.97 метрических тонн CO ₂ / электростанция

Источники

• EPA (2020). Данные eGRID за 2018 год. Агентство по охране окружающей среды США, Вашингтон, округ Колумбия.

Количество ветряных турбин, работающих в течение года

В 2018 году средняя паспортная мощность ветряных турбин, установленных в США, составила 2,42 МВт (DOE 2019). Средний коэффициент ветроэнергетики в США в 2018 году составил 35 процентов (DOE 2019).

Выработка электроэнергии от средней ветряной турбины была определена путем умножения средней паспортной мощности ветряной турбины в Соединенных Штатах (2.42 МВт) на средний коэффициент ветроэнергетики США (0,35) и на количество часов в году. Предполагалось, что электроэнергия, произведенная от установленной ветряной турбины, заменит маржинальные источники сетевой электроэнергии.

Годовая предельная норма выбросов ветра в США для преобразования сокращенных киловатт-часов в единицы предотвращения выбросов углекислого газа составляет 6,48 x 10 ^-4 (EPA 2020).

Выбросы углекислого газа, которых удалось избежать за год на установленную ветряную турбину, были определены путем умножения среднего количества электроэнергии, вырабатываемой одной ветряной турбиной в год, на годовой национальный предельный уровень выбросов ветра (EPA 2020).

Расчет

Примечание. Из-за округления выполнение расчетов, приведенных в приведенных ниже уравнениях, может не дать точных результатов.

2,42 _{МВт Средняя мощность} x 0,35 x 8760 часов в год x 1000 кВтч / МВтч x 6,4818 x 10 ^-4 метрических тонн CO ₂ / кВтч уменьшено = 4807 метрических тонн CO ₂ / год / ветряная турбина установлено

Источники

Количество заряженных смартфонов

По данным Министерства энергетики США, 24 часа энергии, потребляемой обычным аккумулятором смартфона, составляет 14.46 ватт-часов (DOE 2020). Сюда входит количество энергии, необходимое для зарядки полностью разряженного аккумулятора смартфона и поддержания этого полного заряда в течение дня. Среднее время, необходимое для полной зарядки аккумулятора смартфона, составляет 2 часа (Ferreira et al. 2011). Мощность в режиме обслуживания, также известная как мощность, потребляемая, когда телефон полностью заряжен, а зарядное устройство все еще подключено, составляет 0,13 Вт (DOE 2020). Чтобы получить количество энергии, потребляемой для зарядки смартфона, вычтите количество энергии, потребляемой в «режиме обслуживания» (0.13 Вт умножить на 22 часа) от потребляемой за 24 часа энергии (14,46 Вт-часов).

Выбросы углекислого газа на заряженный смартфон были определены путем умножения энергопотребления на заряженный смартфон на средневзвешенный уровень выбросов углекислого газа по стране для поставленной электроэнергии. Средневзвешенный национальный уровень выбросов диоксида углерода для поставленной электроэнергии в 2019 году составил 1562,4 фунта CO ₂ на мегаватт-час, что учитывает потери при передаче и распределении (EPA 2020).

Расчет

Примечание. Из-за округления выполнение расчетов, приведенных в приведенных ниже уравнениях, может не дать точных результатов.

[14,46 Втч – (22 часа x 0,13 Вт)] x 1 кВтч / 1000 Втч = 0,012 кВтч / заряженный смартфон

0,012 кВтч / заряд x 1562,4 фунта CO ₂ / МВтч поставленной электроэнергии x 1 МВтч / 1000 кВтч x 1 метрическая тонна / 2204,6 фунта = 8,22 x 10 ^-6 метрических тонн CO ₂ / смартфон заряжен

Источники

• DOE (2020).База данных сертификатов соответствия. Программа стандартов энергоэффективности и возобновляемых источников энергии для приборов и оборудования.
• EPA (2029 г.). AVERT, США, средневзвешенная норма выбросов CO ₂ , данные за 2019 год. Агентство по охране окружающей среды США, Вашингтон, округ Колумбия.
• Федеральный регистр (2016). Программа энергосбережения: стандарты энергосбережения для зарядных устройств; Заключительное правило, стр. 38 284 (PDF) (71 стр., 0,7 МБ, О PDF).
• Феррейра, Д., Дей, А. К., & Костакос, В. (2011). Понимание проблем человека и смартфона: исследование времени автономной работы. Pervasive Computing, стр. 19-33. DOI: 10.1007 / 978-3-642-21726-5_2.

---

¹ Годовые убытки от передачи и распределения в США в 2019 году были определены как ((Чистая генерация в сеть + Чистый импорт – Общий объем продаж электроэнергии) / Общий объем продаж электроэнергии) (т. Е. (3988 + 48–3762) / 3762 = 7,28% ). Этот процент учитывает все потери при передаче и распределении, которые возникают между чистым производством и продажей электроэнергии.Данные взяты из Annual Energy Outlook 2020, таблица A8: поставка, утилизация, цены и выбросы электроэнергии, доступная по адресу: https://www.eia.gov/outlooks/aeo/.

границ | Электролиз углекислого газа и воды с использованием новых щелочно-стабильных анионных мембран

Введение

За последнее десятилетие все больший интерес был направлен на использование углекислого газа при производстве жидкого топлива и химикатов в качестве средства обеспечения устойчивой, углеродно-нейтральной экономики.Эффективное производство энергоемких продуктов на основе углерода из уловленного и антропогенного CO ₂ с использованием возобновляемых источников энергии, таких как солнечная энергия, ветер, атомная энергия и гидроэлектроэнергия, обеспечивает основу для поиска экологически безопасного химического сырья, не получаемого из ископаемого топлива ( Halmann, 1993; Aresta, Dibenedetto, 2007; Aresta, 2010; Whipple, Kenis, 2010; Quadrelli et al., 2011; Sankaranarayanan, Srinivasan, 2012; Hu et al., 2013; Masel et al., 2014a, 2016a; Aresta и другие., 2016).

Эффективное производство окиси углерода (CO) из CO ₂ – одно из ключевых направлений в производстве экологически безопасного химического сырья. Это промышленно ценный химикат, который обычно производится из метана с образованием различных соотношений CO и водорода в смеси, называемого синтез-газом. Синтез-газ используется в производстве топлива, такого как дизельное топливо и бензин, а также других химикатов с помощью химии Фишера-Тропша (F-T) с использованием выбранных катализаторов и рабочих условий (Appel, 2013; Costentin et al., 2014; Masel et al., 2014a, 2016a; Лю и др., 2015).

Производство водорода из возобновляемых источников – еще одна важная область применения возобновляемых источников энергии. Водород используется во многих промышленных процессах и является составной частью концепции «водородной экономики». Это способ хранения и выработки возобновляемой энергии, которую можно использовать в качестве топлива для автомобилей и других приложений (Ursua et al., 2012; Министерство энергетики США (DOE), 2018).

Новые мембраны для щелочно-стабильных анионов

Компания

Dioxide Materials (DM) разработала группу новых мембран, функционализированных имидазолом, с использованием основной цепи на основе полистирола, которые удивительно стабильны в сильных щелочных растворах (Masel et al., 2017а, б, в). Эти мембраны теперь доступны исследователям для разработки других технологических приложений. Подробная информация об этих мембранах представлена ​​в следующих разделах.

Sustainion

^® Описание преполимерной и анионной мембраны

Анионообменные мембраны Sustanion ^® основаны на дешевом и распространенном, но, что более важно, щелочно-стабильном полистироловом каркасе. Синтез полимера и последующее изготовление мембраны подробно описаны в нескольких прошлых публикациях (Masel et al., 2016b, 2017d; Куц и др., 2017; Лю и др., 2017а; Саджад и др., 2017). Синтез включает двухэтапный процесс (рис. 1) сополимеризации с последующей функционализацией. Мембрана может быть отлита как пленка или как армированная мембрана с использованием различных армирующих материалов. Хлоридную форму мембраны затем обычно превращают в гидроксидную форму с помощью КОН.

Рисунок 1 . Синтетический путь преполимера при изготовлении анионообменных мембран Sustainion ^® .

Вкратце, сополимер стирола и винилбензилхлорида получают путем свободнорадикальной аддитивной полимеризации. Затем сополимерный продукт промывают и осаждают этанолом. Затем его фильтруют, сушат и затем функционализируют 1,2,4,5-тетраметилимидазолом в растворителе Dowanol ^® PM (1-метокси-2 пропанол). Дивинилбензол также добавляется в качестве сшивающего агента для улучшения прочности мембраны. Затем литая мембрана активируется в течение 8–16 часов в 1М растворе гидроксида калия для преобразования в форму гидроксида.

Расширение производства мембран

Синтетический способ получения иономера, показанный на рисунке 1, был увеличен до объемов реактора промышленного размера и перенесен в пилотную установку для нанесения покрытий промышленного размера для производства мембран. Производственный цикл мембраны обычно производит от нескольких сотен до тысячи футов мембраны шириной около 24 см. Конечная ширина и общая длина мембраны могут быть изменены в соответствии с требованиями заказчика.

Свойства анионной мембраны

Анионообменные мембраны обычно поставляются в сухой хлоридной форме, нанесенной на полиэтилентерефталатную (ПЭТ) подкладку.Следовательно, их необходимо преобразовать в форму гидроксида, подвергая их воздействию сильного основания. DM рекомендует вымачивать мембрану в большой ванне с 1М КОН на 24–48 часов, чтобы преобразовать хлоридную форму мембраны в гидроксидную форму. Эта активация также помогает в укреплении мембраны за счет сшивания с КОН, как было выявлено в недавнем исследовании ядерной магнитной спектроскопии (ЯМР) (Pellerite et al., 2017). Кроме того, во время этого процесса мембрана набухает и отделяется от полиэтиленовой пленки, которую выбрасывают.

Мембрана имеет ионообменную емкость (IEC) ~ 1,1 ммоль / г, рассчитанную с помощью стандартной методики обратного титрования (Vengatesan et al., 2015). Еще более впечатляющим является удельное сопротивление поверхности (ASR) мембраны. Таблица 1 показывает, что измеренное нормированное сопротивление для Sustanion ^® 37–50 в тех же щелочных условиях более чем на порядок ниже, чем у других коммерчески доступных мембран. Анионообменная мембрана показала отличные рабочие характеристики при работе с несколькими ячейками в течение 1 000–3 000 часов и более при электрохимическом испытании ячейки в широком диапазоне pH, что подтверждается опубликованными экспериментальными данными по электролизеру диоксида углерода и щелочной воды (Masel et al., 2016b; Куц и др., 2017; Лю и др., 2017а, б; Саджад и др., 2017). Некоторые из последних результатов освещены в следующих разделах этой статьи.

Таблица 1 . Измерения удельного поверхностного сопротивления (ASR) Sustanion ^® 37-50 и других коммерческих ионообменных мембран в 1M KOH при 60 ° C.

Анионообменные мембраны Sustainion ^® претерпевают умеренное набухание, примерно на 5% в поперечном направлении и примерно на 50% по толщине во время преобразования в форму гидроксида с использованием 1М КОН.Это набухание мембраны или высокое поглощение воды (~ 80%) объясняет низкие значения измерения удельного сопротивления (ASR) (то есть высокой ионной проводимости), поскольку водопоглощение кажется важным механизмом для переноса гидроксид-ионов. Признавая потребность в более стабильных по размерам и прочных мембранах, DM теперь также производит более прочные усиленные версии анионообменных мембран Sustanion ^® , подходящие для использования в более крупных электролизерах и в более требовательных электрохимических приложениях.Армирующая опора делает эти мембраны более прочными как во влажном, так и в сухом состоянии.

Электрохимическое превращение CO

₂ в муравьиную кислоту

За последние 30 лет многочисленные исследователи изучали эффективность различных катализаторов при электрохимическом восстановлении конверсии CO ₂ в формиат / муравьиную кислоту. В различных статьях представлены превосходные сводные обзоры предыдущих экспериментальных работ (Jitaru, 2007; Rosen et al., 2011; Lu et al., 2014; Qiao et al., 2014; Плетчер, 2015; Du, 2017) и здесь не будет описываться. Совсем недавно ряд исследователей пошли еще дальше, проведя исследования и представив отчеты о них, предоставив данные об эффективности полного электрохимического преобразования клеток CO ₂ при получении формиата / муравьиной кислоты (Mahmood et al., 1987; Li and Oloman, 2005, 2006, 2007; Oloman, Li, 2008; Whipple et al., 2010; Agarwal et al., 2011; Alvarez-Guerra et al., 2012, 2014; Kopljar ​​et al., 2014; White et al., 2014; Du et al, 2016; Sen et al., 2016).

DM смог успешно произвести высокие концентрации чистой муравьиной кислоты непосредственно в электрохимической ячейке в результате электрохимического восстановления CO ₂ (Kaczur et al., 2017; Yang et al., 2017a, b). Это снижает потребность в кислотном превращении продуктов на основе солей формиата щелочного металла (например, формиата калия), которые обычно производятся с использованием этих альтернативных электрохимических ячеек и конфигураций процесса.

Конструкция ячейки с муравьиной кислотой (FA)

Конфигурация электрохимического элемента с муравьиной кислотой DM основана на конструкции с тремя отсеками, состоящими из анодного отсека, центрального проточного отсека, содержащего катионо-ионообменную среду, в которой продукт муравьиной кислоты собирается и удаляется из электролизера, и катодного отсека, где происходит электрохимическое восстановление CO ₂ до формиат-ионов (Kaczur et al., 2017; Ян и др., 2017а, б).

Общая конфигурация электрохимического элемента с муравьиной кислотой показана на рисунке 2A. В анодном отсеке используется титановый анод с покрытием из MMO (смешанный оксид металлов), где деионизированная вода подвергается электролизу с образованием ионов кислорода и водорода (H ⁺ ). Катионообменная мембрана, примыкающая к анодному отсеку, используется для блокирования транспорта формиат-анионов к аноду, где он окисляется до CO ₂ . Образующиеся ионы водорода проходят через катионообменную мембрану в центральную проточную камеру.Катионная мембрана предпочтительной конструкции представляет собой мембрану типа перфторированной сульфоновой кислоты, которая одновременно устойчива к окислению и эффективна в блокировании транспорта формиат-анионов. В анолите используется деионизированный водный анолит, поскольку анод-мембрана имеет контактное устройство без зазора.

Рисунок 2 . Конструктивная конфигурация электрохимического трехкамерного элемента с муравьиной кислотой показана в (A) . Экспериментальная операционная система с муравьиной кислотой и сводка по производительности показаны в (B) .

В катодном отсеке CO ₂ эффективно восстанавливается при низких перенапряжениях для образования с использованием комбинации покрытия наночастиц олова и иономерного катализатора на основе имидазола в структуре углеродного GDE (газодиффузионного электрода). Образующиеся формиат-ионы, а также образующиеся гидроксид и бикарбонат / карбонат-ионы затем проходят через прилегающую анионообменную мембрану Sustainion ^® в центральную проточную камеру.

В центральном проточном отсеке используется катионо-ионообменная среда для обеспечения проводимости раствора, необходимой для муравьиной кислоты, образующейся в отсеке.Формиат-ионы, образующиеся в катодном отсеке, проходят через прилегающую анионную мембрану Sustainion ^® и объединяются с ионами водорода, переносящимися через катионообменную мембрану из анодного отсека, с образованием продукта чистой муравьиной кислоты. Деионизированная вода, дозированная в центральную проточную камеру, используется для сбора и удаления муравьиной кислоты из камеры. Концентрация муравьиной кислоты зависит от скорости потока воды, поступающей в центральную проточную камеру, и тока рабочей ячейки, образуя конечный продукт из муравьиной кислоты в концентрациях, которые могут находиться в диапазоне от 2 до 30 мас.%, И при высокой эффективности по Фарадею от 85 до 95%.Любые гидроксид-ионы, попадающие в центральную проточную камеру, реагируют с ионами водорода с образованием воды, а любой перенос бикарбонатных / карбонатных ионов будет реагировать с ионами водорода с образованием CO ₂ , выходящего с продуктом муравьиной кислоты в виде газообразного CO ₂ . Катионо-ионообменная среда, используемая в конструкции, гранулы водородной катионообменной смолы Amberlite ^® IR120, обеспечивала улучшенную ионную проводимость в центральном проточном отсеке, поскольку растворы муравьиной кислоты имеют значительно более низкую проводимость.Катионообменная среда обеспечивала более низкое рабочее напряжение ячейки (Yang et al., 2017a).

Экспериментальная операционная система с муравьиной кислотой

На рис. 2В показана схема экспериментальной операционной системы элемента с муравьиной кислотой, а также краткое изложение рабочих характеристик элемента. Ячейка вырабатывала концентрацию муравьиной кислоты от 5 до 30% в зависимости от скорости потока деионизированной воды, подаваемой в центральное отделение за один проход. Диапазон рабочих плотностей тока ячейки FA составляет от 140 до 200 мА · см ^-2 при соответствующих напряжениях ячейки 3.5 и 4,0 вольт, работающие при комнатной температуре. Эффективность клеток по Фарадею колебалась от 80 до 95% при использовании катионообменной мембраны Nafion ^® 324 и анионообменной мембраны Sustainion ^® 37-50 в конфигурации ячейки (Yang et al., 2017a).

Клеточная химия с муравьиной кислотой

Элемент с муравьиной кислотой (FA) имеет сложный набор реакций, которые происходят на аноде, катоде GDE и центральном проточном отсеке, который ограничен катионообменной мембраной со стороны анода и анионообменной мембраной со стороны катода. .На рисунке 3 показаны предлагаемые основные и вторичные реакции, а также перенос ионов, которые могут происходить во время работы ячейки.

Рисунок 3 . Конфигурация ячейки DM с 3 отсеками для муравьиной кислоты, показывающая предполагаемые реакции и перенос ионов.

Основные реакции клеток с муравьиной кислотой

Электрохимическое восстановление CO ₂ происходит в присутствии воды на катоде с образованием формиатных (HCOO ^– ) и гидроксидных (OH ^– ) ионов:

CO2 + h3O + 2e− → HCOO− + OH− (1)

Одновременно на аноде происходит окисление воды с образованием газообразного кислорода и ионов водорода (H ⁺ ).Ионы водорода на самом деле являются катионами гидроксония или оксония (H ₃ O ⁺ ) в водных растворах, и в этой статье мы используем H ⁺ в качестве заменителя ионов гидроксония.

2h3O → 4H ++ 4e− + O2 (2)

И формиат-ионы, и ионы гидроксида мигрируют через анионообменную мембрану в центральную проточную камеру, где они объединяются с ионами водорода, образующимися в анодной камере, проходящей через катионную мембрану, с образованием воды и муравьиной кислоты следующим образом:

H ++ OH− → h3O (3) H ++ HCOO− → HCOOH (4)

Боковые реакции с муравьиной кислотой в клетке

Побочные реакции, которые могут происходить на катоде и католите, следующие:

CO2 + h3O + 2e− → CO + 2OH− (5) 2h3O + 2e− → h3 + 2OH− (6) CO2 + OH− → HCO3− (7)

Анионы бикарбоната (HCO3-), образующиеся в катодном слое, мигрируют через анионообменную мембрану в центральную проточную камеру, реагируя с ионами водорода, поступающими в центральную проточную камеру из анодной камеры через прилегающую катионную мембрану с образованием CO ₂ :

H ++ HCO3− → CO2 + h3O (8)

Муравьиная кислота будет потеряна, если она пройдет через катионную мембрану в анолитный отсек, а затем окислится на аноде до CO ₂ :

HCOOH → CO2 + 2H ++ 2e− (9)

Характеристики клеток с муравьиной кислотой

Ссылка (Ян и др., 2017a) предоставляет подробную информацию о производительности трехкомпонентного элемента с муравьиной кислотой. На рисунке 4 показаны рабочие характеристики ячейки с 3 отсеками для муравьиной кислоты ² размером 5 см, имеющей конфигурацию ячейки с использованием анода из спеченного титана с покрытием IrO ₂ в поле потока титана, катионной мембраны Nafion ^® 324 и Sustanion. ^® 37–50 анионообменная мембрана, работающая при плотности тока 140 мА / см ² . В таблице 2 представлена ​​подробная информация о конфигурации ячейки.Ячейка проработала около 142 часов, давая концентрацию продукта муравьиной кислоты, увеличивающуюся с 8,1 до 9,4% масс., И работала с эффективностью по Фарадею 80% в начале и 94% ближе к концу цикла, пока она не была достигнута. отключение для проверки. Никакого износа компонентов анода / катода ячейки не отмечалось. Ключом к достижению высокой фарадеевской эффективности FA было использование катионной мембраны Nafion ^® 324, которая сводила к минимуму перенос ионов формиата / муравьиной кислоты в отсек анолита.

Рисунок 4 . Данные о рабочих характеристиках ячейки с муравьиной кислотой для конфигурации ячейки, приведенной в таблице 2, с использованием анода из титанового спеченного волокна, покрытого катализатором IrO ₂ , катионной мембраны Nafion ^® 324 и анионообменной мембраны Sustanion ^® 37-50.

Таблица 2 . Ячейка с муравьиной кислотой 142 ч, конфигурация электролизера с увеличенным временем работы.

Расчетная проектная потребляемая мощность элемента с муравьиной кислотой находится в диапазоне 4.3–4,7 кВтч / кг ТВС постоянного тока при этих условиях эксплуатации. Это соответствует эксплуатационным расходам на электроэнергию в размере 214–232 доллара на тонну ТВС при стоимости электроэнергии 0,05 доллара / кВтч.

Масштабирование будущего и применение продуктов с муравьиной кислотой

Мировой рынок муравьиной кислоты и пути коммерческого химического производства, а также некоторые области применения продуктов показаны на Рисунке 5A.

Рисунок 5 . Мировой рынок муравьиной кислоты (2013 г.), показывающий текущий химический коммерческий процесс путем карбонилирования метанола, и некоторые новые применения ЖК показаны в (A) .Устойчивый способ получения муравьиной кислоты с использованием возобновляемых источников энергии и производства продуктов в различных категориях продуктов показан в (B) .

Устойчивый способ производства муравьиной кислоты из возобновляемых источников энергии показан на Рисунке 5B. Различные области применения продуктов FA включают силос / продукты питания, химикаты, накопление энергии и топливо. Использование муравьиной кислоты в качестве сырья в биологических реакторах, заменяющее сахара и / или сельскохозяйственное зерно, является еще одним многообещающим сырьем.

DM в настоящее время работает с промышленными партнерами над расширением электрохимической технологии муравьиной кислоты.

Электрохимический CO

₂ Электролиз: преобразование CO ₂ в CO

За последние 20 лет возрос интерес к разработке технологических методов преобразования CO ₂ в коммерчески полезный и ценный продукт, такой как CO. CO в сочетании с водородом является основой процесса Фишера-Тропша (F-T), который позволяет производить самые разные виды топлива и химикатов.Одной из важных областей исследований является использование электрохимической обработки для превращения CO ₂ в CO. Некоторые из исследований в этой области были обобщены в нескольких обзорных статьях (Appel, 2013; Costentin et al., 2014; Masel et al. , 2014а, 2016б).

Разработка технологии электролизера CO ₂ на основе DM для эффективного получения CO с высокой селективностью основана на трех технологических усовершенствованиях. Это:

• Разработка структуры катода GDE, включающей иономер на основе имидазола в качестве сокатализатора с наночастицами Ag, снижая потенциал на катоде для реакции восстановления CO ₂ до CO.

• Разработка высокопроводящей и щелочно-стабильной анионной мембраны (мембрана Sustainion ^® ), которая может проводить OH ^– и бикарбонат / карбонат-ионы.

• Разработка анодной структуры ГДЭ на основе наночастиц катализатора IrO ₂ , стабильного более 3000 часов работы.

Все эти разработки помогли создать электрохимическую технологию CO ₂ , которая может одновременно работать при высоких плотностях тока, высокой селективности по CO и низких потенциалах ячейки.Большая часть недавних работ по технологии электролиза CO ₂ резюмирована в различных статьях и патентах (Masel et al., 2014b, 2015; 2016c Masel and Rosen, 2014; Masel and Chen, 2015). Некоторые аспекты конструкции электролизера CO ₂ , усовершенствования технологии и характеристики описаны в следующих нескольких разделах.

CO

₂ Конструкция электролизной ячейки

Базовая конфигурация электролизной ячейки DM CO ₂ показана на рисунке 6A.В конструкции ячейки используются титановый змеевиковый анодный токосъемник и змеевиковый катодный токоприемник из графита или нержавеющей стали 316L. В аноде GDE используется катализатор в виде наночастиц IrO ₂ на подложке из углеродной бумаги. Катод GDE использует наночастицы Ag с комбинацией иономерного катализатора Sustainion ^® на основе имидазола на подложке из углеродной бумаги, которая подавляет образование водорода на катоде, обеспечивая таким образом очень высокую селективность от 95 до 99% CO ₂ по CO. .

Рисунок 6 . Конфигурация электрохимической ячейки DM CO ₂ показана в (A) . Предлагаемый электрохимический внутренний химический состав ячейки CO ₂ , показывающий основные реакции и пути прохождения ионных частиц, показан в (B) .

CO

₂ Клеточная химия

На рис. 6В показаны основные пути прохождения комплексных ионов в электрохимической ячейке CO ₂ . Ячейка CO ₂ работает с использованием разбавленного 10 мМ раствора анолита бикарбоната калия и увлажненного потока газового католита CO ₂ .Высокие концентрации анолита KHCO ₃ могут привести к осаждению солей калия в катодном GDE, что приведет к блокированию потока газа CO ₂ в катодном змеевидном проточном тракте.

CO

₂ Ячейка-катодная реакция

Ниже представлены предлагаемые катодные реакции в ячейке CO ₂ . CO ₂ восстанавливается до CO на катализаторе в виде наночастиц Ag, и образующиеся гидроксид-ионы транспортируются через анионообменную мембрану или вступают в реакцию с CO ₂ с образованием карбонатных / бикарбонатных анионов, которые также будут проходить через анионообменную мембрану.

а. CO ₂ реакция восстановления на катализаторе из наночастиц Ag с образованием CO и гидроксид-ионов:

CO2 + h3O + 2e− → CO + 2OH −− 0,52 В по сравнению с SHE при pH7 (5)

г. CO ₂ реакция с гидроксид-ионами с образованием карбонат-анионов:

CO2 + 2OH− → CO3−2 + h3O (10)

г. CO ₂ реакция с гидроксид-ионами с образованием бикарбонат-анионов:

CO2 + OH− → HCO3− (11)

г. Дальнейшая реакция карбонатных ионов с CO ₂ с образованием бикарбонатных анионов:

CO3−2 + CO2 + h3O → 2HCO3− (12)

e.Побочная реакция электролиза восстановления воды с образованием как газообразного водорода, так и ионов гидроксида:

2h3O + 2e− → h3 + 2OH− (13)

CO

₂ Реакции на аноде элемента

Ниже представлены предлагаемые анодные реакции в ячейке CO ₂ . Анодные реакции сложны и могут представлять собой набор смешанных реакций. Вода может быть подвергнута электролизу на катализаторе окисления наночастиц IrO ₂ с образованием ионов кислорода и водорода с альтернативной возможной анодной реакцией, представляющей собой электролиз гидроксид-ионов на катализаторе с образованием кислорода и воды.Присутствие ионов карбоната / бикарбоната в анолите и их преобразование в CO ₂ обеспечивает сложную буферную обработку большого объема раствора в отсеке анолита.

а. Электролиз воды на анодном катализаторе с образованием ионов кислорода и водорода при pH 7 и pH 0:

2h3O → O2 + 4H ++ 4e− 0,815 В по сравнению с SHE при pH 7 (11) 2h3O → O2 + 4H ++ 4e− 1,23 В по сравнению с SHE при pH 0 (13)

г. Электролиз гидроксид-ионов на анодном катализаторе с образованием кислорода и электронов:

4OH− → O2 + 2h3O + 2e− 0,40 В по сравнению с SHE при pH (14)

г.Разложение бикарбоната ионами водорода с образованием CO ₂ и воды:

HCO3− + H + → CO2 + h3O (14)

г. Разложение карбоната ионами водорода с образованием CO ₂ и воды:

CO3−2 + 2H + → CO2 + h3O (15)

e. Ионы гидроксида, реагирующие с ионами водорода, с образованием воды:

H ++ OH− → h3O (16)

Общий CO

₂ Реакции клеток – определение того, являются ли бикарбонат и карбонат преобладающими видами мобильных носителей ионного тока

Теоретически комплексный ионный транспорт в ячейке CO ₂ состоит в основном из бикарбонатных и карбонатных анионов в качестве преобладающих носителей тока, а также любых гидроксид-анионов, которые не вступили в реакцию с газом CO ₂ в реакциях католита в GDE. катод.Экспериментальные исследования соотношений транспорта этих видов анионов в клетке и через мембрану еще полностью не исследованы. Испытания ячейки DM 250 cm ² в LanzaTech (Скоки, Иллинойс) предоставили важные данные о газовом составе анолита в ячейке с помощью ГХ. В таблице 3 показаны некоторые из возможных реакций, основанных на переносе (A) бикарбоната или (B) карбонат-аниона, соответственно, в ячейке. Чистая анодная реакция (17) в Таблице 3A предсказывает, что состав анодного газа должен иметь соотношение CO ₂ к O ₂ , равное 4: 1, или состав газа, состоящий из 80% CO ₂ и 20% O ₂ , если бикарбонат был единственным носителем анионного тока в ячейке.В качестве альтернативы, результирующая анодная реакция (20) в Таблице 3B предсказывала бы соотношение 2: 1 CO ₂ к O ₂ или состав газа, состоящий из 67% CO ₂ и 33% O ₂ , если бы карбонат был только анионный носитель тока в ячейке.

Таблица 3 . Сводка реакций с бикарбонатом (A) или карбонатом (B) в качестве выбранной мобильной анионной частицы через анионную мембрану в ячейке CO ₂ .

Измерение

DM состава анодного газа электролизера в прошлом показало изменчивость содержания CO ₂ в диапазоне от 30 до 60% в зависимости от рабочих условий электролизера.Один комплект для газового анализа ГХ рабочей ячейки 250 см ² CO ₂ в LanzaTech показал следующий состав газа:

Элемент CO ₂ обычно имеет объемный pH анолита около 6,0 при работе с 10 мМ электролитом KHCO ₃ , что эквивалентно смеси угольной кислоты 50:50 (H ₂ CO ₃ ) и бикарбонат. Эти результаты по газу анолита указывают на то, что ионы карбоната потенциально являются основным носителем заряда, поскольку молярное газовое соотношение CO ₂ : O ₂ составляло примерно 2: 1.Таким образом, окончательный ответ на преобладающие ионные носители заряда в ячейке CO ₂ требует дальнейшего изучения.

CO

₂ Производительность ячейки

Проведение долгосрочных испытаний любых электрохимических ячеек является ключом к определению характеристик и стабильности всех компонентов ячеек, особенно мембран и анодно-катодных катализаторов. Здесь мы обсуждаем некоторые долгосрочные характеристики электролизеров DM lab 5 и 250 cm ² CO ₂ .

5,0 см

² CO ₂ Долговременная работа элемента

В программе испытаний ячеек DM CO ₂ задействовано множество ячеек, оценивающих различные составы анионных мембран Sustainion ^® , а также конфигурации анодных и катодных составов в течение периодов эксплуатации до 4000 ч и более, чтобы гарантировать, что желаемая клеточная мембрана и катализатор производительность конфигурации стабильная. Детали и данные о работе ячеек подробно описаны в нескольких статьях (Rosen et al., 2013; Лю и др., 2015; Масел и Чен, 2015). Пример долгосрочного испытательного прогона 5,0 см ячейки ² в течение 4000 ч показан на рисунке 7A. График поляризации напряжения ячейки для ячейки 5 см ² CO ₂ , работающей при комнатной температуре (24 ° C), показан на рисунке 7B.

Рисунок 7 . 5,0 см ² Данные долгосрочных испытаний ячеек, показывающие стабильную работу в течение 4000 ч, показаны слева в (A) . График поляризации напряжения ячейки для 5.0 см ² CO ₂ ячейка, работающая при комнатной температуре, показана справа в (B) .

250 см

² Конструкция CO ₂ Производительность ячейки

Ячейка 5,0 см ² CO ₂ была впоследствии увеличена до ячейки с геометрической активной площадью 250 см ² . В дополнение к тестированию в DM одна ячейка была отправлена ​​в LanzaTech (Скоки, Иллинойс) для сравнительного тестирования. В таблице 4 показаны подробные сведения о конфигурации ячеек. Ячейка в DM проработала в общей сложности 760 часов до отключения в рамках подготовки к дальнейшим испытаниям в LanzaTech.На рисунке 8A показаны рабочие характеристики элемента при DM, показывающие стабильный диапазон напряжения 2,9–3,0 В в течение периода тестирования. Плотность рабочего тока электролизера составляла 120 мА / см ² при рабочей температуре анолита около 45 ° C, без необходимости какого-либо внешнего охлаждения.

Таблица 4 . 250 см ² CO ₂ Детали конфигурации ячейки.

Рисунок 8 . Характеристики элемента 250 см ² при DM, показывающие стабильную работу под напряжением в течение примерно 760 ч до отключения, показаны в (A) .Работа на 250 см ² CO ₂ в LanzaTech показывает, что анализ состава газа ГХ на выходе католита в ячейке в расширенном режиме 90-часового пробного запуска показан в (B) .

250 см

² CO ₂ Тестирование ячеек в LanzaTech

Работа ячейки 250 см ² CO ₂ в LanzaTech помогла подтвердить селективность ячейки CO ₂ по CO и состав газовых продуктов. На рисунке 8B показаны результаты 90-часового пробного запуска.Компания LanzaTech использовала автоматический ГХ Agilent Technologies Model 490 Micro GC с колонкой Mol Sieve 5A (MS5A) для автоматического анализа и мониторинга состава газообразного продукта католита клеток с течением времени. Точки выбросов – это случайные всплески анализа в GC-анализе. Селективность по CO в ячейке варьировалась от 97,5% (т.е. содержание H ₂ 1%) до примерно 99% (содержание H ₂ 0,38%).

250 см

² CO ₂ Операционная система ячейки

На рис. 9а показана конфигурация экспериментальной испытательной системы ячейки 250 см ² CO ₂ .На рисунках 9b, c показан элемент Fuel Cell Technologies, который был модифицирован для использования в конструкции элемента DM 250 см ² CO ₂ . На левой фотографии На рисунке 9b показана ячейка целиком, а на правой фотографии на рисунке 9c показана конструкция поля потока на титановом змеевидном аноде, которая была изготовлена ​​для ячейки. Газ CO ₂ измеряли с помощью регулятора расхода газа CO ₂ и барботировали через резервуар увлажнителя газа, заполненный водой. Увлажненный газ CO ₂ входит в верхнюю часть катода ячейки CO ₂ и выходит снизу в виде обедненного газового потока CO ₂ , содержащего продукт CO и небольшое количество побочного продукта H ₂ .Избыточная конденсированная вода собирается и отделяется от газового потока. Типичным газовым продуктом электролизера CO ₂ был в основном CO с небольшим количеством побочного продукта H ₂ и работающий со стехиометрическим избытком CO ₂ . Селективность ячейки по CO колебалась от 95 до 99% в зависимости от приложенной плотности тока и количества избыточного CO ₂ сверх стехиометрического, используемого в подаче католитного газа, как показано на рисунке 8. Анолитный контур состоит из 10 мМ KHCO _{3. Электролит} , имеющий проводимость около 1.0 мСм, который прокачивался через анод ГДЭ ячейки при выбранных расходах. Теплообменник использовался для регулирования температуры контура анолита путем регулирования потока охлаждающей воды. Контроллер проводимости использовали для управления добавлением концентрированного раствора KHCO ₃ в контур анолита по мере необходимости для поддержания проводимости анолита.

Рисунок 9 . Схема экспериментальной испытательной системы с ячейкой 250 см ² CO ₂ показана в (а) .DM модифицировал ячейку электролизера 250 см ² CO ₂ , как показано в (b) слева. В конструкции использовалась конструкция поля течения на титановом змеевидном аноде, как показано в (c) .

CO

₂ Развитие ячеек

Работа над расширением ячейки DM CO ₂ продолжается с другими партнерами. В дополнение к расширению масштабов, продолжаются опытно-конструкторские работы по поиску подходящих стабильных заменителей катализатора из неблагородных металлов для наночастиц IrO ₂ , используемых в конструкции анодного GDE.

Расчетная потребляемая мощность процесса ячейки CO ₂ с использованием данных ячейки 250 см ² , составляющая 2,95 В при 30 А (120 мА / см ² ) с селективностью 98% по CO, была рассчитана как 5,8 постоянного тока. кВтч / кг CO при 45 ° C.

Электролиз щелочной воды

Электролиз в щелочной воде признан зрелой технологией, которая является надежной и безопасной, поскольку срок службы электролизеров достигает 15 лет. Их самым большим преимуществом является то, что они используют обильные катализаторы электродов из неблагородных металлов.В конструкции ячейки обычного щелочного электролизера обычно используется сепаратор диафрагменного типа. Сепаратор обычно требует, чтобы расстояние между анодным и катодным электродами составляло примерно 2–3 мм друг от друга, чтобы предотвратить переход газа, тем самым ограничивая рабочую плотность тока примерно до 200 мА / см. ² для работы при разумном рабочем напряжении. и соответствующая общая энергоэффективность. Чтобы увеличить плотность тока при сохранении такой же или более высокой энергоэффективности, следующим технологическим шагом будет разработка стабильных щелочно-стабильных анионообменных мембран, которые позволят использовать настоящие водные электролизеры с нулевым зазором.Компания DM разработала технологию электролизеров с щелочной водой, основанную на разработке стабильной анионообменной мембраны. Работа по развитию обобщена в различных опубликованных статьях и патентах (Плетчер и Ли, 2011; Деавин и др., 2012; Аппель, 2013; Розен и др., 2013; Масел и др., 2016b; Куц и др., 2017; Лю и др., 2017а, б).

Конструкция ячейки электролизера щелочной воды DM

Разработка щелочной стабильной анионообменной мембраны Sustainion ^® позволила разработать конструкцию электролизеров с нулевым зазором CO ₂ , которые могут фактически улучшить плотность тока на порядок при том же или более низком напряжении ячейки по сравнению с электролизерами современные диафрагменные электролизеры на основе щелочной воды.Чтобы протестировать анионообменную мембрану Sustainion ^® в конфигурации водного электролизера, было принято решение использовать ячейку аналогичной конструкции, рис. 9A, B, которая используется в электролизере CO ₂ , но с использованием нержавеющей стали 316L или других материалов. предпочтительны поля потока чистого никеля 200 как в катодной, так и в анодной конструкции.

Химия для щелочных электролизеров

Электролизер со щелочной водой работает с использованием 1 M раствора электролита KOH при температуре от окружающей среды до 60 ° C.Работа при 60 ° C обеспечивает самое низкое рабочее напряжение ячейки с использованием существующих анионообменных мембран Sustainion ^® для разделения анодных и катодных реакций.

Реакция между электродами ячейки щелочного электролиза

Мембраны

Sustainion ^® , которые получают в хлоридной (Cl ^– ) форме, необходимо преобразовать в гидроксидную (OH ^– ) форму. Это делается путем вымачивания в 1 М КОН в течение не менее 12 часов. В присутствии электролита КОН и катод, и анод работают при локальном pH, близком к 14.На катоде реакция выделения водорода (HER) использует воду в качестве донора протонов, производя водород и OH ^– (уравнение 6). Ионы OH ^– переносятся от катода к аноду и рекомбинируют на аноде с образованием O ₂ и электронов (уравнение 14). Общая реакция записана в уравнении 21.

4h3O + 4e− → 2h3 + 4OH− Ec0 = 0,826 В относительно SHE (6) 4OH− → O2 + 2h3O + 4e− Ea0 = −0,404 В относительно SHE (14) 2h3O → 2h3 + O2 E0 = 1,23 В (21)

Лабораторная испытательная система для электролиза щелочной воды

На рис. 10А показана общая схема экспериментальной операционной системы щелочного водного электролиза DM 5 см ² .В нижнюю часть отсеков анолита и католита электрохимической ячейки по отдельности подают перекачиваемый поток 1 М КОН из общего резервуара для 1 М раствора КОН для отделения газов. Потоки раствора / газового продукта отсеков анолита и католита отдельно направляются в отдельные секции газоразделителя O ₂ и H ₂ блока разделения газа / жидкости. Газовые продукты O ₂ и H ₂ выпускаются отдельно от сепаратора. В одной конструкции ячейки DM используются силиконовые гибкие полоски нагревателя, установленные на внешних пластинах анода и катода, для подачи тепла для работы ячейки при 60 ° C.Температура ячейки регулируется с помощью ПИД-регулятора температуры с помощью термопары, установленной на аноде или корпусе катода ячейки.

Рисунок 10 . Экспериментальная испытательная система электролиза щелочной воды для 5 см испытательных ячеек ² показана в (A) . Типичная циклическая вольтамперограмма электролизера с щелочной водой с анионообменной мембраной Sustainion ^® , основанная на функционализации 1-метилимидазолом, показана в (B) , а соответствующая циклическая вольтамперограмма показана в (C) .Использовали Pt-катод и анод из IrO ₂ , и ячейка работала в 1 М КОН при 60 ° C.

Характеристики ячейки электролиза щелочной воды

На рис. 10В показана типичная циклическая вольтамперограмма электролизера с щелочной водой с анионообменной мембраной Sustainion ^® , основанной на функционализации 1-метилимидазолом. Pt и IrO ₂ черный использовались в качестве катода и анода соответственно. Потенциал начала электролиза воды с анионообменной мембраной начинается с 1.42 В, и ток быстро увеличивался при плотности тока 0,52 А / см. ² (максимальный ток потенциостата) составлял 1,74 В. Длительные испытания проводились при постоянном токе 0,8 А / см ² с использованием источник питания, и результаты показаны на рисунке 10C. Напряжение на ячейке достигало 2 В за 5 мин и постепенно увеличивалось до 2,3 В за 80 мин. Затем напряжение ячейки быстро увеличивалось и достигало напряжения отключения 3,5 В менее чем за 120 мин. Эти результаты показали, что мембрана на основе 1-метилимидазола работает в электролизере щелочной воды, но не стабильна в 1 М КОН.Это произошло из-за трех активных молекул водорода в имидазольном кольце, которые атакуются гидроксильными радикалами (· ОН) в 1 М КОН, особенно при более высоких температурах.

Для повышения стабильности анионообменной мембраны тетраметилимидазол был привит на стирольную основную цепь вместо 1-метилимидазола. Эта мембрана получила название Sustainion ^® 37–50. На рис. 10С показаны поляризационные кривые клетки с мембраной Sustainion ^® 37–50, работающей в 1 М КОН при 60 ° C.В ячейке с Pt-катодом и анодом из IrO ₂ были достигнуты плотности тока 1 и 3 А / см ² при 1,62 и 1,77 В соответственно. Для сравнения, ячейка с катодом NiFeCo и анодом NiFeOx достигла 1 и 3 А / см ² при 1,90 и 2,13 В соответственно. Ячейка с электродами из неблагородного металла / оксида металла и анионообменными мембранами Sustainion ^® 37–50 обеспечивает в 5 раз более высокую плотность тока при 1,90 В, чем у коммерческой щелочной воды (200 мА / см ² при 2,0 В). электролиз с диафрагмами в качестве сепаратора.

Затем нужно было ответить на два вопроса. Имеет ли анионообменная мембрана Sustainion ^® долгосрочную стабильность КОН и как долго она может сохранять рабочие характеристики? На рисунке 11A сравниваются характеристики ячейки анионообменной мембраны Sustainion ^® 37–50 с коммерческой анионообменной мембраной Fumatech FAS-50 в идентичных ячейках для электролиза воды DM, работающих при постоянной плотности тока 1 А / см. ² в 1. М КОН при 60 ° С. Результаты показывают, что мембранная ячейка Sustanion ^® , работающая при 1 А / см ² в течение почти 2000 часов, имела скорость увеличения напряжения ячейки всего на 5 мкВ / ч.Это указывает на то, что анионообменная мембрана Sustainion ^® 37–50, функционализированная 1,2,4,5-тетраметилимидазолом, химически очень стабильна в КОН по сравнению с мембраной, функционализированной 1-метилимидазолом. Это также подтвердило, что нестабильность функционализированной 1-метилимидазолом мембраны была вызвана активным водородом в кольце. Анионообменная мембрана Fumasep FAS-50 ^® показала значительное увеличение напряжения ячейки на 200 мкВ / ч с течением времени и показала высокий ток утечки ячейки 0.2 А / см ² в точке 200 ч, а затем был остановлен.

Рисунок 11 . Сравнение напряжения клеток в зависимости от времени в клетках, оценивающих анионную мембрану Sustainion ^® 37-50 и анионообменную мембрану Fumatech Fumasep ^® FAS-50 в 1М КОН при 60 ° C, показано в (A) . Ток ячейки щелочного электролиза при приложенном напряжении 2 В для различных мембран в 1M KOH при 60 ° C показан в (B) . Поляризационные кривые той же ячейки, сравнивающей электродные катализаторы из драгоценных металлов (Pt / IrO ₂ ) и катализаторы из основных металлов (NiFeCo / NiFe) в 1M KOH при 60 ° C с использованием анионообменной мембраны Sustainion ^® 37-50, представлены показано в (C) .

На рис. 11В показан ток ячейки щелочного электролиза при приложенном потенциале 2 В при оценке рабочих характеристик различных промышленных мембран с использованием катода с покрытием NiFeCo и анода с покрытием NiFeOx, работающих в 1 М КОН при 60 ° C. Анионообменная мембрана Sustainion ^® показала самый высокий ток ячейки при приложенном напряжении. Это сопоставимо с данными измерений мембраны ASR, приведенными в таблице 1.

На рисунке 11C показаны поляризационные кривые той же ячейки, сравнивающие катализаторы электродов из драгоценных металлов (Pt на катоде / IrO ₂ на аноде) с катализаторами электродов из основных металлов (NiFe на аноде / NiFeCo на катоде) с использованием Sustainion ^® 37– 50 анионообменная мембрана в 1 М КОН при 60 ° C.При плотности тока 1 А / см ² ячейка с катализаторами из драгоценных металлов работала при напряжении ячейки 1,63 В, а ячейка с катализаторами из неблагородных металлов работала при 1,9 В. Ячейка щелочного электролиза CAPEX (капитальные затраты) и OPEX (эксплуатационные расходы), которые должны будут включать доступность / стоимость как Ir, так и Pt катализаторов в крупномасштабных установках по всему миру, затем станут важными переменными при анализе решения по установке этих систем.

Масштабируемая ячейка для электролиза щелочной воды

В промышленных установках для электролиза щелочной водой используются ячейки с геометрической площадью электродов от нескольких сотен см. ² до нескольких метров. ² .В настоящее время DM расширяет конструкцию щелочного водного электролизера с нулевым зазором с 5 см ² до более крупных 100–600 см ² элементов. При эксплуатации этих более крупных электролизеров с щелочной водой при высоких плотностях тока 1 А / см ² или более критически важно управление как водой, так и теплом. Основываясь на расчетах энергии и массы, при эксплуатации элемента 100 см ² при 1 А / см ² и 1,90 В потребление воды составит около 806 мл в день с выработкой около 67 Вт отработанного тепла, которое необходимо удалить.Отработанное тепло для отдельной ячейки может обрабатываться с помощью воздушного охлаждения, но для большой батареи ячеек потребуется система рециркуляции охлаждающей воды с теплообменником. Для поддержания концентрации и объема жидкого электролита КОН в системе потребуется система подпитки деионизированной водой.

Расчетная потребляемая мощность электролизера со щелочной водой, работающего при 1 А / см ² при 1,90 В, была рассчитана как 50,5 кВтч / кг ч / кг ч ₂ постоянного тока. Потребление энергии электролизером будет ниже при более низких плотностях рабочего тока, но капитальные затраты на ячейки электролизера будут значительно выше.Все эти факторы необходимо учитывать при сравнении энергопотребления электролизера H ₂ с целевыми показателями по электрохимическому водороду DOE, которые имеют энергоэффективность батареи 43 кВтч / кг и нормированную стоимость водорода 2,00 доллара на 2020 год (Министерство энергетики США (DOE ), 2018).

Сводка

Электрохимическая технология превращения CO ₂ в различные продукты, такие как муравьиная кислота и CO, а также водород с использованием щелочных водно-электролизных ячеек, продвигается к коммерциализации с разработкой новых анионообменных мембран Dioxide Materials Sustainion ^® .Эти мембраны обладают высокой проводимостью и демонстрируют отличную стабильность в средах с сильнощелочными растворами при температурах до 60 ° C. Электрохимические системы, в которых используются эти новые мембраны, показывают хорошую стабильность в долгосрочных лабораторных испытаниях в течение тысяч часов работы. Эти анионообменные мембраны все еще находятся на стадии разработки, и в настоящее время ведется работа по улучшению механических свойств мембран и их ионной проводимости.

Дальнейшая работа будет сосредоточена на усовершенствовании этих анионообменных мембран, а также на разработке улучшенных катализаторов, которые повысят эффективность всех этих электрохимических технологий.

Авторские взносы

JK, HY, ZL, SS и RM полностью внесли свой вклад в содержание этой статьи. JK, HY и SS работали над разработкой технологии муравьиной кислоты. ZL, SS, RM и JK работали над технологией электролиза щелочной воды. SS, ZL и RM работали над разработкой анионообменной мембраны Sustainion ^® . ZL, HY и RM работали над разработкой технологии электролиза CO ₂ . Все внесли свой вклад в содержание и редактирование этой статьи.

Заявление о конфликте интересов

Авторы подали несколько патентов на мембраны и конструкции, описанные здесь, включая US 9,370,773, US 9,481,939, US 9,580,824 и заявки на патенты США 15 / 400,775, 15 / 406,909, 15 / 411,831. Все авторы являются сотрудниками Dioxide Materials и имеют финансовую заинтересованность в этих патентах. Компания Dioxide Materials предлагает все наши исследовательские материалы (мембраны, катализаторы и т. Д.) Для продажи другим исследовательским группам, чтобы они могли воспроизвести и использовать полученные результаты.

Благодарности

Часть этой работы была поддержана Министерством энергетики по контракту DE-SC0004453, а также частично ARPA-E по контракту DE-AR0000684 и компанией 3M. Мнения здесь принадлежат авторам и могут не отражать мнения DOE или 3M. Мы с благодарностью благодарны коллегам DM, сотрудникам и друзьям из 3M. Кроме того, особая благодарность за поддержку со стороны LanzaTech, в частности Шона Симпсона (CSO и основателя), Кристофа Михалчи (директор по ферментации), Брюса Ли (старший).Dev. Engr.) И Nick Bourdakos (Sr. Fermentation Engr.), Предоставившие нам свои ценные экспериментальные рабочие данные по ячейке DM CO ₂ .

Список литературы

Агарвал А.С., Чжай Ю., Хилл Д. и Шридхар Н. (2011). Электрохимическое восстановление диоксида углерода до формиата / муравьиной кислоты: технико-экономическая осуществимость. ChemSusChem 4, 1301–1310. DOI: 10.1002 / cssc.201100220

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Альварес-Герра, М., Дель Кастильо, А., Ирабьен, А. (2014). Непрерывное электрохимическое восстановление диоксида углерода в формиат с использованием оловянного катода: сравнение со свинцовым катодом. Chem. Англ. Res. Des . 92, 692–701. DOI: 10.1016 / j.cherd.2013.11.002

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Альварес-Герра, М., Кинтанилья, С., Ирабиен, А. (2012). Превращение диоксида углерода в формиат с использованием процесса непрерывного электрохимического восстановления в свинцовом катоде. Chem. Англ.J. 207, 278–284. DOI: 10.1016 / j.cej.2012.06.099

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Аппель А. М., Беркоу Дж. Э., Бокарсли А. Б., Доббек Х., Дюбуа Д. Л., Дюпюи М. и др. (2013). Границы, возможности и проблемы биохимического и химического катализа фиксации CO ₂ . Chem. Ред. . 113, 6621–6658. DOI: 10.1021 / cr300463y

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ареста, М. (2010). Двуокись углерода как химическое сырье .Weinheim: Wiley-VCH, 1–13.

Google Scholar

Ареста М. и Дибенедетто А. (2007). Использование CO ₂ в качестве химического сырья: возможности и проблемы. Dalton Trans. 28, 2975–2992. DOI: 10.1039 / b700658f

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ареста М., Дибенедетто А. и Кваранта Е. (2016). Современное состояние и перспективы каталитического процесса конверсии CO ₂ в химические вещества и топливо: особый вклад химического катализа и биотехнологии. Catal. J . 343, 2–45. DOI: 10.1016 / j.jcat.2016.04.003

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дэвин, О. И., Мерфи, С., Онг, А. Л., Пойнтон, С. Д., Зенг, Р., и Варко, Дж. Р. (2012). Анионообменные мембраны для щелочных полимерэлектролитных топливных элементов: сравнение боковых бензилтриметиламмониевых и бензилметилимидазолиевых головных групп. Energy Environ. Sci. 5, 8584–8597. DOI: 10.1039 / C2EE22466F

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ду, Д., Лан, Р., Хамфи, Дж., И Тао, С. (2017). Прогресс в разработке неорганических катодных катализаторов для электрохимического превращения диоксида углерода в формиат или муравьиную кислоту. J.Appl. Электрохим. 47, 661–678. DOI: 10.1007 / s10800-017-1078-x

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Du, D., Lan, R., Humphreys, J., Sengodan, S., Xie, K., Wang, H., et al. (2016). Достижение высокой селективности и плотности тока для восстановления CO ₂ до образования на нанопористых электрокатализаторах из вспененного олова. Chem. Sel. 1, 1711–1715. DOI: 10.1002 / slct.201600451

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хальманн, М. М. (1993). Химическая фиксация диоксида углерода: методы переработки CO ₂ в полезные продукты. Бока-Ратон, Флорида: CRC Press, 67–127.

Ху, Б., Гилд, К., и Суиб, С. Л. (2013). Термическое, электрохимическое и фотохимическое преобразование CO ₂ в топливо и продукты с добавленной стоимостью. J. CO ₂ Util. 1, 18–27. DOI: 10.1016 / j.jcou.2013.03.004

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Качур, Дж. Дж., Янг, Х., Саджад, С. Д., и Масел, Р. И. (2017). Способ и система электрохимического производства муравьиной кислоты из диоксида углерода , Бока-Ратон, Флорида: заявка на патент США, 2017/0037522.

Google Scholar

Копляр Д., Инан А., Виндаер П., Вагнер Н. и Клемм Э. (2014). Электрохимическое восстановление CO ₂ до формовки при высокой плотности тока с использованием газодиффузионных электродов. J. Appl. Электрохим . 44, 1107–1116. DOI: 10.1007 / s10800-014-0731-x

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Куц, Р. Б., Чен, К., Янг, Х., Саджад, С. Д., Лю, З., и Масел, И. Р. (2017). Sustainion Imidazolium-Functionalized Polymers для CO ₂ Электролиз. Энергетика . 5, 929–936. DOI: 10.1002 / ente.201600636

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ли, Х., и Оломан, К. (2005). Электровосстановление диоксида углерода в реакторе непрерывного действия. J. Appl. Электрохим . 35, 955–965. DOI: 10.1007 / s10800-005-7173-4

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ли Х. и Оломан К. (2006). Разработка реактора непрерывного действия для электровосстановления диоксида углерода в формиат. часть 1. Переменные процесса. J. Appl. Электрохим . 36, 1105–1115. DOI: 10.1007 / s10800-006-9194-z

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ли, Х., Оломан, К. (2007). Разработка реактора непрерывного действия для электровосстановления диоксида углерода в формиат.Часть 2. Масштабирование. J. Appl. Электрохим. 37, 1107–1117. DOI: 10.1007 / s10800-007-9371-8

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лю З., Масел Р. И., Чен К., Куц Р., Янг Х., Лутц Д. Р. и др. (2015). Электрохимическое производство синтез-газа из воды и углекислого газа с промышленно важными темпами. J. CO ₂ Util . 15, 50–56. DOI: 10.1016 / j.jcou.2016.04.011

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лю, З., Саджад, С. Д., Гао, Ю., Янг, Х., Качур, Дж. Дж., И Масел, Р. И. (2017a). Влияние мембраны на электролизер щелочной воды. Intl. J. Hydrogen Energy 42, 29661–29665. DOI: 10.1016 / j.ijhydene.2017.10.050

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лю З., Саджад С. Д., Гао Ю., Качур Дж. Дж. И Масел Р. И. (2017b). Электролизер на щелочной воде с мембранами Sustainion ™: 1 А / см ² при 1,9 В с катализаторами из неблагородных металлов. ECS Trans .77, 71–73. DOI: 10.1149 / 07709.0071ecst

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лу, X., Люн, Д. Ю. К., Ван, Х., Люн, М. К. Х., и Сюань, Дж. (2014). Электрохимическое восстановление диоксида углерода до муравьиной кислоты. ChemElectroChem 1, 836–849. DOI: 10.1002 / celc.201300206

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Махмуд, М. Н., Машедер, Д., и Харти, К. Дж. (1987). Использование газодиффузионных электродов для высокоскоростного электрохимического восстановления диоксида углерода.I. Восстановление на электродах, пропитанных свинцом, индием и оловом. J. Appl. Электрохим . 17, 1159–1170. DOI: 10.1007 / BF01023599

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Масел Р. И., Чен К. (2015). Конверсия углекислого газа в топливо и химикаты. Бока-Ратон, Флорида. Патент США 9,193,593.

Масел, Р. И., Чен, К., Лю, З., и Куц, Р. (2017b). Ионпроводящие мембраны. Бока-Ратон, Флорида. Патент США 9,580,824.

Масел, Р.И., Чен, К., Лю, З., и Куц, Р. (2017c). Ионпроводящие мембраны. Бока-Ратон, Флорида. Патент США 9370773.

Масел, Р. И., Чен, К., Лю, З., и Куц, Р. (2016c). Электрохимическое устройство для превращения диоксида углерода в продукт реакции . Бока-Ратон, Флорида. Патент США 9,481,939.

Масел, Р. И., Лю, З., и Саджад, С. (2016b). Электролизеры с анионообменной мембраной показывают 1 А / см ² при напряжении менее 2 В. ECS Trans . 75, 1143–1145.DOI: 10.1149 / 07514.1143ecst

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Масел, Р. И., Ни, Р., Лю, З., Чен, К., Куц, Р., и Левински, К. (2014a). Раскрытие потенциала преобразования CO ₂ в топливо и химикаты в качестве экономически жизнеспособного пути к CCR. Energy Proc. 63, 7959–7962. DOI: 10.1016 / j.egypro.2014.11.832

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Масел Р. И., Розен Б. А. и Чжу В. (2014b). Устройства и процессы для конверсии диоксида углерода в полезные виды топлива и химикаты. Бока-Ратон, Флорида. Патент США 9,181,625.

Масел Р. И., Саджад С. Д., Гао Ю., Лю З. и Чен К. (2017a). Ионпроводящие мембраны . Бока-Ратон, Флорида. Патент США 9849450.

Масел Р. И., Салахи-Хогин А. и Розен Б. А. (2015). Катализаторы электрохимической конверсии диоксида углерода. Бока-Ратон, Флорида. Патент США

45.

Масел Р. И., Шаджад С. Д. и Пеллерит М. Дж. (2017d). Способ изготовления анионообменной мембраны .Бока-Ратон, Флорида. Заявка на патент США 2017/0189898.

Масел, Р., Лю, З., Чжао, Д., Чен, К., Лутц, Д., и Неренг, Л. (2016a). «Преобразование CO ₂ в химические вещества с упором на использование возобновляемых источников энергии / ресурсов для стимулирования конверсии» в книге «Коммерциализация продуктов на биологической основе: возможности, проблемы, преимущества и риски» RSC Green Chemistry, № 43 , под редакцией С. Снайдера ( Кембридж: Королевское химическое общество), 215–257. DOI: 10.1039 / 9781782622444-00215

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Масел, Р.И., Розен Б. А. (2014). A Смеси катализаторов . Бока-Ратон, Флорида. Патент США 8,956,990.

Пеллерит, М., Каплун, М., Хартманн-Томпсон, К., Левински, К.А., Кунц, Н., Грегар, Н. и др. (2017). Полимерные мембраны, функционализированные имидазолием, для топливных элементов и электролизеров. ECS Trans . 80, 945–956. DOI: 10.1149 / 08008.0945ecst

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Плетчер Д. (2015). Катодное восстановление углекислого газа – чего реально достичь? Мини-обзор. Electrochem. Commun. 61, 97–101. DOI: 10.1016 / j.elecom.2015.10.006

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Плетчер, Д., и Ли, X. (2011). Перспективы щелочных электролизеров с нулевым зазором для производства водорода. Внутр. J. Hydrogen Energy 36, 15089–15104. DOI: 10.1016 / j.ijhydene.2011.08.080

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Цяо, Дж., Лю, Ю., Хун, Ф., и Чжан, Дж. (2014). Обзор катализаторов электровосстановления диоксида углерода для производства низкоуглеродистого топлива. Chem. Soc. Ред. . 43, 631–675. DOI: 10.1039 / C3CS60323G

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Квадрелли, Э.А., Сенти, Г., Дуплан, Дж. Л., и Ператонер, С. (2011). Переработка углекислого газа: новые крупномасштабные технологии с промышленным потенциалом. ChemSusChem 4, 1194–1215. DOI: 10.1002 / cssc.201100473

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Розен, Б.А., Салехи-Кожин, А., Торсен, М.Р., Чжу, В., Уиппл, П. Дж. А., Кенис, П. Дж. А. и Масел, Р. И. (2011). Опосредованное ионной жидкостью селективное преобразование CO ₂ в CO при низких перенапряжениях. Наука 334, 643–644. DOI: 10.1126 / science.1209786

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Розен Б. А., Чжу В., Каул Г., Салехи-Ходжин А. и Масел Р. И. (2013). Водное усиление конверсии CO ₂ на серебре в тетрафторборате 1-этил-3-метилимидазолия. J. Electrochem.Soc . 160, h238 – h241. DOI: 10.1149 / 2.004303jes

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Саджад, С., Гао, Ю., Лю, З., Янг, Х., и Масел, Р. (2017). Настраиваемые высокоэффективные анионообменные мембраныustainion ™ для электрохимических применений. ECS Trans . 77, 1653–1656. DOI: 10.1149 / 07711.1653ecst

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сен, С., Скинн, Б., Холл, Т., Инман, М., Тейлор, Э. Дж., И Брушетт, Ф. Р. (2016). Импульсное электроосаждение оловянных электрокатализаторов на газодиффузионные слои для восстановления диоксида углерода с образованием формиата. MRS Adv. 2, 451–458. DOI: 10.1557 / adv.2016.652

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Урсуа А., Гандиа Л. М. и Санчис П. (2012). Производство водорода путем электролиза воды: текущее состояние и будущие тенденции. Proc. IEEE 100, 410–426. DOI: 10.1109 / JPROC.2011.2156750

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Vengatesan, S., Santhi, S., Jeevanantham, S., and Sozhan, G. (2015). Кватернизованные анионообменные мембраны из поли (стирол-винилбензилхлорид) для электролизеров щелочной воды. J. Pow. Источники 284, 361–368. DOI: 10.1016 / j.jpowsour.2015.02.118

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Уиппл, Д. Т., и Кенис, П. Дж. А. (2010). Перспективы утилизации CO ₂ прямым гетерогенным электрохимическим восстановлением. J. Phys. Chem. Lett. 1, 3451–3458. DOI: 10.1021 / jz1012627

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Уиппл, Д. Т., Финке, Э. К., и Кенис, П. Дж. А. (2010). Микрожидкостной реактор для электрохимического восстановления диоксида углерода: эффект p H. Electrochem. Solid State Lett. 13, B109 – B111. DOI: 10.1149 / 1.3456590

CrossRef Полный текст | Google Scholar

White, J. L., Herb, J. T., Kaczur, J. J., Majsztrik, P. W., and Bocarsly, A. B. (2014). Формирование фотонов: эффективное электрохимическое преобразование солнечной энергии за счет восстановления диоксида углерода. J. CO ₂ Util . 7, 1–5. DOI: 10.1016 / j.jcou.2014.05.002

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Янг, Х., Качур, Дж.Дж., Саджад, С. Д., и Масел, Р. И. (2017a). Электрохимическое превращение CO ₂ в муравьиную кислоту с использованием мембран сустейон®. J. CO ₂ Util . 20, 208–217. DOI: 10.1016 / j.jcou.2017.04.011

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Янг Х., Качур Дж., Саджад С. Д. и Масел Р. И. (2017b). CO ₂ Превращение в муравьиную кислоту в трехкамерной ячейке с мембранами сустейон ™. ECS Trans . 77, 1425–1431. DOI: 10.1149 / 07711.1425ecst

CrossRef Полный текст | Google Scholar

.