Углерод и углекислый газ: Углекислый газ (диоксид углерода, двуокись углерода) – Что такое Углекислый газ (диоксид углерода, двуокись углерода)?

alexxlab | 13.04.1976 | 0 | Разное

Содержание

учёные извлекли углекислый газ из воздуха и превратили в уголь при комнатной температуре — РТ на русском

Короткая ссылка

Анастасия Ксенофонтова

Австралийские учёные нашли способ извлекать углекислый газ из воздуха и превращать в уголь. Выделить из газообразного диоксида углерода твёрдое вещество исследователям удалось с помощью катализатора — жидкого металла. Впервые подобная реакция протекала при комнатной температуре. По мнению исследователей, уже в ближайшем будущем новый и сравнительно простой метод может позволить сократить выбросы углекислого газа в атмосферу Земли.

  • РИА Новости
  • © Сергей Мальгавко

Учёные из Мельбурнского королевского технологического университета нашли способ извлекать углекислый газ из воздуха и превращать в уголь. Выделять из газообразного диоксида углерода твёрдое вещество исследователям удалось с помощью катализатора из жидкого металла с добавлением наночастиц церия.

«Обратить вспять ход времени в прямом смысле этих слов нам не под силу, зато с помощью метода обращения углекислого газа в частицы угля с их последующим захоронением в земле можно в каком-то смысле отмотать назад процесс выброса углекислого газа», — сообщил соавтор исследования Торбен Дэнеке.

Также по теме

Опасная высота: как авиаперелёты влияют на изменение климата Земли

Климатологи из Института океанографии Скриппса (США) выяснили, что концентрация углекислого газа в атмосфере Земли достигла рекордного…

Эффективность нового метода подтвердили результаты опытов в стеклянной колбе, заполненной углекислым газом. В ходе эксперимента на поверхности катализатора постепенно образовывались чёрные хлопья твёрдого углерода, которые затем распространялись по дну и стенкам колбы. Примечательно, что реакция протекала при комнатной температуре, тогда как все предыдущие подобные технологии работали как минимум при 600 °С.

«Используя жидкие металлы в качестве катализатора, мы показали, что можно превратить газ обратно в углерод при комнатной температуре… Это первый и важный шаг к созданию надёжного метода выделения углерода», — подчеркнул Дэнеке.

Учёные отметили, что полученный углерод также можно использовать в качестве электрода.

«Углерод может удерживать электрический заряд, становясь суперконденсатором, поэтому потенциально он может использоваться в транспортных средствах, которые станут создавать в будущем», — отметила автор исследования Дорна Исрафилзаде.

Ошибка в тексте? Выделите её и нажмите «Ctrl + Enter»Добавьте RT в список ваших источниковРанее на эту тему:

Немцы строят опытную установку для преобразования углекислого газа из атмосферы в твёрдый углерод

Усилия по сдерживанию климатических изменений на Земле не дадут должного эффекта, если не бороться с уже сложившимися последствиями. На это направлен новый европейский проект NECOC. В рамках проекта будет создана установка по прямому преобразованию выловленного из атмосферы углекислого газа в твёрдый углерод (сажу). Это не только снизит объём парниковых газов в воздухе, но также даст промышленности ценное сырьё.

В проекте NECOC (NEgative Carbon diOxide to Carbon) основными участниками являются группы и дочерние компании Технологического института Карлсруэ (KIT), Высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich) и ряд европейских центров и лабораторий. Проект финансирует Федеральное министерство экономики и энергетики (BMWi). Бюджет рассчитан на три года и составляет 1,5 млн евро.

Все составные части будущей модульной установки контейнерного типа и необходимые техпроцессы для прямого извлечения из атмосферного воздуха углекислого газа и последующего его превращения в твёрдый гранулированный порошок чистого углерода проверены по отдельности и доказали свою пригодность для практического использования. Осталось собрать всё в единую установку и оптимизировать процессы. Собственно, это главная цель проекта NECOC. Доказать эффективность работы установки полного цикла.

«Наш проектный подход заключается в удалении CO2 из атмосферы и превращении его в технический углерод, то есть в высокочистый углерод в виде порошка», ― говорит профессор Томас Ветцель из Института технологии термических процессов (TVT) и руководитель лаборатории жидких металлов KALLA Karlsruhe. «Таким образом, опасный парниковый газ будет превращен в сырье для высокотехнологичных применений. Технический углерод может использоваться в электронике, печати или строительстве».

Испытательная установка объединит несколько этапов процесса. Сначала с помощью прямого захвата воздуха из атмосферы будет поглощаться углекислый газ. В микроструктурированном реакторе вместе с возобновляемым водородом углекислый будет превращён в метан и воду. Затем метан подаётся в заполненный жидким оловом пузырьковый реактор. В восходящих пузырьках метана в процессе пиролиза метан разлагается на составляющие ― водород, который снова подаётся в реактор для получения синтетического метана, и твёрдый гранулированный порошок углерода (сажу).

Таким образом, будет убито два пресловутых зайца. Во-первых, атмосфера начнёт очищаться от парникового газа. Во-вторых, для промышленности появится альтернативная возможность добывать ценное сырьё, которое сегодня добывается из ископаемых ресурсов. Вероятно, в будущем подобные установки помогут привести к производству графена в товарных объёмах.

Если вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.

Углекислый газ извлекли из воздуха и превратили в уголь при комнатной температуре. Это позволит понижать концентрацию углекислого газа в атмосфере Земли уже в ближайшем будущем – Наука

Концентрация углекислого газа в атмосфере нашей планеты увеличивается с каждым годом. Сейчас она составляет порядка 410 частей на миллион. В предыдущий раз в истории Земли такие показатели были зафиксированы около 3 миллионов лет назад, когда средняя температура на планете была на 2-3 градуса выше, да и уровень моря превышал нынешние показатели на 15—25 метров. Углекислый газ считают одной из причин глобального потепления, поэтому ученые уже давно работают над технологиями так называемого отрицательного выброса, которые позволили бы извлечь углерод из атмосферы и хранить его в жидком или твердом виде. Эффективная и недорогая технология такого рода в перспективе могла бы обеспечить стабильный климат на Земле.

В современных технологиях отрицательного выброса углекислого газа доминируют два подхода. Первый такой: газ при высокой температуре сжижается, а затем его заливают под землю. Однако реализовать это сложно, во-первых, чисто с инженерной точки зрения, а во-вторых, хранение сжиженого газа всегда будет сопряжено с рисками утечки (например, в ходе транспортировки). Второй подход основан на растворении углекислого газа в электролите и последующем восстановлении углерода. 

Одна из проблем этого метода заключается в том, что продукт реакции оседает на катализаторе и не дает ему усиливать реакцию выделения углерода из раствора. С этой проблемой хорошо справляются использующиеся в последнее время жидкометаллические катализаторы. Подходящим материалом для таких катализаторов может стать, например, галлий. Этот металл остается жидким при комнатной температуре, нетоксичен и может растворять другие элементы в подходящих для катализа концентрациях. Однако химики чаще используют не чистый галлий, а его сплав с индием и оловом, получивший название галинстан (в русскоязычной литературе также используется термин «ингас»). Его поверхность можно легировать другими металлами. Получившийся таким образом катализатор проявляет интересные поверхностные свойства, которые делают его очень эффективным при электрокатализе. 

Авторы новой работы, опубликованной в журнале Nature Communications, описали технологию получения твердого углерода из раствора углекислого газа при комнатной температуре. Для этого они использовали жидкометаллический катализатор с добавлением церия — металла из группы лантаноидов. Чтобы проверить его эффективность, в параллельном контрольном эксперименте химики использовали жидкометаллический катализатор из галинстана без добавки церия. В ходе опыта в пробирке с цериевым катализатором твердый углерод выделялся из раствора углекислого газа — его хлопья образовывались на катализаторе. Благодаря поверхностным свойствам материала катализатора эти хлопья легко отделялись, не «забивая» его и позволяя реакции проходить дальше. В то же время катализатор без церия показал себя достаточно неактивным.

Каталитический процесс, в результате которого из углекислого газа химики получают уголь. Dr Ali Zavabeti/RMIT University

Чтобы показать, что полученный углеродный осадок можно использовать в производстве, авторы работы сделали из него двухэлектродный конденсатор. По словам авторов статьи, его характеристики оказались сопоставимы с одними из лучших образцов сверхпроводников на основе углерода в водных электролитах.

По поводу результатов своей работы ученые настроены оптимистично. «Хотя мы и не можем повернуть время вспять, превращение углекислого газа в уголь и захоронение его обратно в землю немного похоже на перемотку часов назад», — приводит слова одного из авторов работы, доктора Торбен Дэнеке, (Torben Daeneke) пресс-релиз Мельбурнского королевского технического университета (RMIT).

Ученые по всему миру сейчас занимаются разработками способов извлечь углекислый газ из атмосферы, причем так, чтобы пустить его потом на что-то полезное для человека. Так, например, ученые из Иллинойса не так давно описали искусственные листья, которые в ходе специфического фотосинтеза также забирают CO2 из атмосферы и восстанавливают его в CO под действием света и металлических катализаторов. Полученный угарный газ можно использовать потом для получения, например, спирта, метанола, этилена и муравьиной кислоты.

 Наиль Фарукшин

Глубже в землю. О чем говорит опыт Норвегии по захоронению углерода

Норвегия практически на 100% обеспечивает себя экологически чистой гидроэлектроэнергией, но ее нефтегазовая отрасль, направленная на экспорт, остается серьезным источником выбросов СО2: в пересчете на душу населения страна находится на 27 месте по объемам эмиссии углекислого газа, следует из последних данных Всемирного банка.

Норвегия одной из первых занялась проектами по улавливанию углекислого газа, поступающего с предприятий, и его закачиванию в подземные хранилища. В 1996 году нефтегазовая компания Statoil реализовала первый коммерческий проект по захоронению двуокиси углерода на месторождении Слейпнир в Северном море. Это нужно было для минимизации издержек. Добываемый на месторождении газ содержал порядка 9% примесей СО2, а по норвежским стандартам концентрация этих примесей в продаваемом газе не должна превышать 2,5%. А просто выбрасывать углекислый газ в атмосферу было бы дороже из-за высоких налогов на эмиссию. В 2005 году была основана Gassnova SF, государственная норвежская компания, в сферу деятельности которой входит развитие и внедрение технологий по улавливанию и хранению CO2.

Теперь Норвегия пошла еще дальше. В октябре 2017 Statoil, Royal Dutch Shell и Total подписали соглашение о создании совместно с властями страны первого в мире международного шельфового хранилища углекислого газа. Первый этап включает в себя закачку в подземные горизонты под морским дном около 1,5 млн т CO2 в год. Предполагается, что будет улавливаться и закачиваться углекислый газ, выбрасываемый в ходе деятельности промышленных предприятий Восточной Норвегии. Газ будет транспортироваться в сжатом виде на судах — с промежуточного терминала на приемный терминал, расположенный на западном побережье Норвегии. Весь CO2 будет закачиваться в нефтяные пласты восточной части месторождения Troll, однако потребуется строительство сопутствующей инфраструктуры, уточняет старший аналитик Энергетического центра бизнес-школы «Сколково» Артем Малов.

Деньги и утечки

Хранилищами СО2 обычно служат отработанные угольные и нефтяные месторождения, а также пористые геологические формации, расположенные в земной толще — как на суше, так и на шельфе. Такие естественные подземные слои устойчиво существуют миллионы лет, поэтому риск утечек при закачке в них СО2 невелик. Саму технологию улавливания CO2 можно описать следующим образом: углерод отделяется от дымовых газов, образующихся в процессе сгорания топлива, прессуется и доставляется к месту безопасного хранения через трубопроводы или на судах.

В мире уже реализуется порядка 20 подобных проектов. Но многие из таких проектов имеют лишь демонстрационный характер, пояснил Малов: «Выгода от таких проектов только социально-экологическая, если не присутствует проект по дополнительному извлечению нефти из пласта, или не ведется никаких сделок по продаже квот на выбросы СО2».

Существует две основных проблемы, которые могут сопровождать подобные проекты, рассказал Forbes Александр Григорьев, заместитель генерального директора, руководитель департамента исследований ТЭК Института проблем естественных монополий (ИПЕМ): это стоимость захоронения CO2 и вероятность утечек. «Судя по представленной схеме проекта, расходы на захоронение будут выше обычного: морская составляющая здесь, скорее всего, приведет к увеличению удельной стоимости захоронения по сравнению с проектами-аналогами. К обычным расходам добавляются затраты на транспортировку морем и захоронение в сложных условиях: добыча на шельфе, как правило, сложнее и более трудоемка по сравнению с добычей на суше, аналогично — и для захоронения CO2», — поясняет Григорьев.

Реклама на Forbes

Эксперт также отметил, что хранение CO2 в ранее нефтегазоносных пластах (нефтегазовых резервуарах), тем более под морской толщей — идея на первый взгляд хорошая: горно-геологические условия для удержания углекислого газа почти идеальны. С одной стороны, есть определённые технико-экономические ограничения: чем глубже — тем надежнее в плане рисков утечек, но дороже: однако даже если утечки и будут, то выявить их будет достаточно проблематично: океан поглощает около трети выбросов углекислого газа, а в рамках проекта предполагается захоронение около 1,5 млн т CO2, или менее 0,005% от объема выбросов углекислого газа в мире, уверен Александр Григорьев: «Весь углекислый газ, который, возможно, будет «утекать» из хранилища, будет растворяться в морской воде. В любом случае авторы проекта не останутся в накладе: нефтегазовым компаниям сейчас важно демонстрировать свое «экологически ориентированное» поведение, и как минимум этих целей проект достигнет».

Влияние на экологию

Проблему выбросов такого рода хранилища решают, но незначительно: «1,5 млн т СО2 в год, планируемых для закачки, примерно соответствует выбросам 200 МВт угольной электростанции или порядка 350 000 автомобилей, убранных с дороги», а гораздо важнее эмоциональный эффект от того что добывающие компании стали объединяться для выполнения подобных проектов.

«Statoil полагает, что без программы улавливания и хранения CO2 невозможно достижение целей Парижского соглашения по климату. Необходим масштабное увеличение числа такого рода проектов А для ускорения их реализации требуются сотрудничество и обмен знаниям, поэтому мы очень рады партнерству с Shell и Total», — говорит Ирэн Раммелхофф, вице-президент Statoil по направлению новых энергетических решений.

Ранее — в июне 2017 года Gassnova подписала со Statoil договор на реализацию первой фазы. Сейчас к нему присоединились Shell Norske и Total E&P Norge. Компании приняли решение участвовать в соглашении и стать равноправными партнерам Statoil, а сама Statoil выступит оператором в этом проекте. В дальнейшем предполагается, что подобные хранилища для захоронения углекислого газа появятся не только на норвежском шельфе, но и в других странах Европы. Детальные экономические расчеты и принятие решения об инвестировании в проект будут рассматриваться в Норвежском парламенте в 2019 году.

ЮНЕСКО предупреждает, что Мировой океан рискует потерять способность поглощать углерод, что усугубит глобальное потепление

Поглощая углекислый газ (CO2), океаны играют решающую роль в регулировании климата, и эту роль еще предстоит в полной мере понять. Однако способность океанов вносить вклад в регулирование климата может снизиться и даже полностью измениться в будущем. Океаны, являющиеся голубыми легкими нашей планеты, в конечном итоге могут начать способствовать глобальному потеплению. 

Доклад «Комплексное исследование океанического углерода: резюме знаний об океаническом углероде и концепция скоординированных исследований и наблюдений океанического углерода на следующее десятилетие», недавно опубликованный Межправительственной океанографической комиссией (МОК) ЮНЕСКО, ставит перед собой жизненно важную задачу изучения эволюции поглощения СО2.

Доклад обобщает данные о роли океанов в углеродном цикле и устанавливает дорожную карту. Его цель – предоставить лицам, ответственным за принятие решений, знания, необходимые для разработки политики по смягчению последствий изменения климата и адаптации к нему на ближайшее десятилетие.

В докладе также подчеркивается важность научных знаний для принятия обоснованных решений в рамках Рамочной конвенции Организации Объединенных Наций об изменении климата в интересах достижения целей Парижского соглашения и построения более устойчивых обществ.

В докладе освещается роль Мирового океана после промышленной революции в качестве поглотителя углерода, образующегося в результате деятельности человека. В самом деле, без океанических и наземных поглотителей уровень CO2 в атмосфере был бы близок к 600 ppm (частей на миллион), что на 50% выше, чем 410 ppm, т.е. уровень, зафиксированный в 2019 году, который уже намного выше целевого показателя по ограничению глобального потепления до двух градусов Цельсия.

Однако существует опасность того, что этот процесс обратится вспять. Вместо поглощения углерода океаны могут способствовать потеплению из-за парникового эффекта, вызванного выбросами CO2. Таким образом, в докладе МОК рассматриваются имеющиеся данные для определения того, будут ли океаны продолжать «помогать» человечеству или же они обратятся против него, затрудняя смягчение последствий глобального потепления и адаптацию к нему.

В более широком смысле, речь идет о том, как человечество изменяет углеродный  цикл в океане, в том числе с помощью схем удаления углекислого газа, и как это влияет на морские экосистемы.

При подготовке доклада МОК собрала экспертов из пяти [1] международных исследовательских и координационных программ по взаимодействию между океаном и климатом, которые с 2018 года совместно работают в Рабочей группе МОК по комплексному исследованию океанического углерода (МОК-Р). 

Вместе они предлагают новаторскую совместную программу среднесрочных и долгосрочных комплексных исследований океанического углерода с целью заполнения пробелов в этой области.
Этот доклад был подготовлен в рамках проводимого Организацией Объединенных Наций Десятилетия наук об океане в интересах устойчивого развития (2021-2030 гг.).

Как превратить углекислый газ в полезную «химию»

Оксид индия вместе с медью неплохо справляется с восстановлением углекислого газа до угарного с помощью водорода.

Основной источник энергии для человечества сейчас – ископаемое топливо. Мы сжигаем уголь, природный газ и нефтепродукты, чтобы получить тепло или выработать электричество. Но при сжигании чего-то, содержащего углерод, обязательно образуется углекислый газ, а он, как известно, способствует такой нехорошей вещи, как глобальное потепление.

Принципиальная схема обратной реакции конверсии водяного пара с химическим циклом (RWGS-CL). Илл.: Jun-Ichiro Makiura et.al., Chemical Science 2020.

Поскольку отказаться здесь и сейчас от использования углеродного топлива мы пока по разным причинам не можем, то приходится делать хоть что-то, чтобы концентрация углекислого газа в атмосфере росла не так быстро. Поэтому разрабатываются технологии, превращающие углекислый газ во что-нибудь полезное, например, в сырьё для химического синтеза. Но что это значит с химической точки зрения?

В молекуле углекислого газа CO2 углерод прочно связан с двумя атомами кислорода. Чтобы от такого окисленного углерода была хоть какая-то химическая польза, от него нужно оторвать хотя бы один атом кислорода – превратить углекислый газ в газ угарный с формулой CO. Но для этого нужно затратить энергию, аналогичную той, которую мы бы получили, окислив угарный газ обратно до углекислого. Закон сохранения энергии, с которым всегда приходится считаться. Значит, для «чудесного» превращения углекислого газа в угарный нам нужен какой-то источник «чистой» энергии, которая не получена путём сжигания углеродного топлива. Предположим, что у нас он есть: какая-нибудь солнечная батарея или мощный ветрогенератор. Пусть даже мы с помощью «зелёного» электролиза получили из воды водород – газ, которым будем «химически» отрывать от углекислого газа один атом кислорода. Но и это ещё не всё.

Если взять углекислый газ, взять водород, смешать, погреть, потрясти и т.д., то мы, конечно, получим какое-то количество желанного нами угарного газа. Но, во-первых, его будет намного меньше, чем нам бы хотелось, а, во-вторых, это будет угарный газ вместе с исходными веществами и побочными продуктами реакции. Разделить полученную смесь можно, но на всё это потребуется затратить энергию, а её у нас и так дефицит. Чтобы выйти из этого затруднительного положения химики придумали метод, получивший название: обратная реакция конверсии водяного пара с химическим циклом (RWGS-CL).

Её суть состоит в том, чтобы разделить процесс отрыва атома кислорода от углекислого газа и его последующего «присоединения» к водороду на две отдельные стадии. Для этого необходимо использовать третье вещество, в роли которого обычно выступают оксиды металлов. В недавно опубликованной статье в журнале Chemical Science группа исследователей из университета Васэда и корпорации ENEOS предложила использовать для этой цели оксид индия, модифицированный медью. Как всё это работает?

На первой стадии углекислый газ вступает в реакцию с оксидом индия, который «отрывает» от CO2 один кислород и присваивает его себе. На выходе получается чистый угарный газ, без лишних примесей. Когда оксид индия насыщается кислородом, его регенерируют газообразным водородом, «вытаскивающим» лишний кислород из оксида, в результате чего получается обычная вода, а оксид индия возвращается в «боевое» состояние. Дальше цикл можно повторять. По утверждению авторов работы, главным достоинством такой системы с оксидом индия и медью служит её способность работать при более низких температурах, чем у известных аналогов.

Спасёт ли нас один лишь оксид индия на пару с медью от глобального потепления? По крайней мере, не в обозримом будущем. Даже если весь добываемый на планете металл индий (а это порядка одной тысячи тонн) пустить на борьбу с углекислым газом, то его вклад в понижение количества CO2 в атмосфере будет по приблизительным прикидкам на уровне одной тысячной от ежегодного объёма антропогенных выбросов CO2.

Однако не стоит называть подобные разработки бесполезными. Даже если отбросить такие экзотические, но всё же более-менее реальные задачи, как обеспечение жизнедеятельности колоний на Марсе или Луне, подобные технологии определяют направление возможных поисков решения и земных проблем тоже.

По материалам Chemical Science

Почвовед РУДН доказал, что глубокие корни растений помогут сдерживать изменения климата

Почвовед РУДН выяснил, что растения с глубокой корневой системой способствуют накоплению в земле органического углерода. Эта способность почв может уменьшить концентрацию углекислого газа в атмосфере и смягчить изменение климата.

Глобальное изменение климата происходит из-за парниковых газов в атмосфере — в первую очередь, содержащих углерод. Значительная часть углерода поглощается в виде углекислого газа растениями, а после их гибели и разложения оказывается в почве. Часть углерода вновь попадает обратно в атмосферу в виде газов, часть может удерживаться в почве в виде органических остатков. Почвовед РУДН выяснил, как можно увеличить способность почв удерживать углерод на глубине.

«Способность почв накапливать органический углерод может смягчить последствия глобальных климатических изменений, поэтому важно искать пути, которые позволят увеличить накопление органики в почве. В последние годы исследователи концентрировались на увеличении содержания органического углерода в верхнем слое почвы, в то время как возможность его увеличения в нижележащих слоях, особенно глубиной более одного метра, изучена гораздо меньше. Однако биохимические условия этих слоев позволяют предполагать, что органика будет разлагаться медленнее, это позволит удержать углерод на более долгий срок», — доктор биологических наук Яков Кузяков, руководитель Центра математического моделирования и проектирования устойчивых экосистем РУДН.

Один из способов внести углерод в глубокие слои почвы — многолетние растения с мощной корневой системой. Проникая на глубину, корни разрыхляют почву, выделяют в нее углекислый газ, «кормят» живущих на них бактерий-симбионтов и отмирают. Почвоведы изучили три вида многолетних растений — люцерна (Medicago sativa), кернза (Thinopyrum intermedium) и сильфия цельнолистная (Silphium integrifolium), — которые влияют на осаждение органического вещества в глубинных слоях почвы. Растения принадлежат к разным семействам — бобовых, злаковых и астровых — но у всех них корни прорастают на глубину более пяти метров.

Почвоведы посадили растения в прозрачные контейнеры высотой четыре метра. Устройство контейнеров позволяло ученым наблюдать за ростом корневой системы и брать пробы почвы и корней на любой глубине. Чтобы отследить, как органическое вещество перемещается внутри растений и поглощается микроорганизмами, почвоведы применили изотопное мечение. Листья погрузили в жидкость с редким в природе изотопом углерода 13C. Растения впитали его и использовали вместо обычного 12C. Через несколько дней после мечения почвоведы взяли пробы корней и почвы на семи разных уровнях — глубиной от 0 до 3,6 м. По количеству 13C на разных глубинах ученые «проследили» путь углерода в растении и почве.

У всех растений с увеличением глубины «откладывается» все меньшее количество углерода. Люцерна показала лучший результат по накоплению углерода на глубине 3,6 м — 8% от поглощенного углерода против 2,5% и 2,7 % у кернзы и сильфии. Оказалось, что для всех трех видов углерод на глубине содержался преимущественно в составе умерших клеток. Это значит, что, в отличие от поверхностных уровней, где умершие организмы гниют и выделяют углеродсодержащие газы, на глубине углерод стабилизируется — оказывается «зафиксированным».

«Мы показали, что даже относительно небольшие поступления углерода стабилизируются в глубоких слоях почвы. Это иллюстрирует потенциал в использовании культур с глубокими корнями (особенно люцерны) для накопления углерода в глубине почвы», — доктор биологических наук Яков Кузяков, руководитель Центра математического моделирования и проектирования устойчивых экосистем РУДН.

Результаты опубликованы в журнале Soil Biology and Biochemistry.

Почему углерод так важен? | НАСА Climate Kids

Краткий ответ:

Углерод содержится в двуокиси углерода, парниковом газе, который удерживает тепло вблизи Земли. Это помогает Земле удерживать энергию, которую она получает от Солнца, чтобы она не уходила обратно в космос. Если бы не углекислый газ, океан Земли замерз бы.

Почему их называют ископаемым топливом?

Их называют ископаемым топливом , потому что топливо в вашем бензобаке происходит из химических остатков доисторических растений и животных!

Все живые существа на Земле содержат углерод.Даже у вас есть углерод. Очень много. Если вы весите 100 фунтов, 18 фунтов из вас – чистый углерод! А растения почти наполовину состоят из углерода!

Вы на 18 процентов состоите из углерода. Растения на 45 процентов состоят из углерода.

Почему при таком большом количестве углерода не все черное и сажистое? Как собаки могут быть белыми, а деревья зелеными? Потому что углерод, элемент, легко соединяется с другими элементами, образуя новые материалы. Новые вещества, называемые соединениями, сильно отличаются от чистого углерода.

Атом – это мельчайшая возможная частица любого элемента, например углерода или кислорода. Атом углерода легко соединяется с двумя атомами кислорода, образуя двуокись углерода.

«C» означает углерод, «O» означает кислород, поэтому диоксид углерода часто называют «CO-2 и пишут« CO 2 ». CO 2 – это газ. Он невидим. CO 2 действительно важен.

Читайте дальше, чтобы узнать, как углерод в первую очередь попадает в живые существа.

Как углерод попадает в живые существа?

Углекислый газ на входе, вода и кислород на выходе.

Растения поглощают CO 2 . Они удерживают углерод и отдают кислород. Животные вдыхают кислород и выдыхают углекислый газ.

Растения и животные зависят друг от друга. Это хорошо работает. Сотни миллионов лет растения и животные жили и умирали. Их останки похоронены глубоко под поверхностью Земли.Итак, на протяжении сотен миллионов лет этот материал сплющивался и подвергался тепловой обработке под сильным давлением и высокой температурой.

Сотни миллионов лет мертвые растения и животные хоронили под водой и грязью. Тепло и давление превратили мертвые растения и животных в нефть, уголь и природный газ.

Так что же происходит со всеми этими мертвыми растениями и животными? Он превращается в то, что мы называем ископаемым топливом: нефть, уголь и природный газ. Это то, что мы сейчас используем, чтобы зарядить наш мир энергией.Мы сжигаем эти богатые углеродом материалы в автомобилях, грузовиках, самолетах, поездах, электростанциях, обогревателях, скоростных катерах, барбекю и многих других вещах, требующих энергии.

Как углерод выходит из живых существ?

При сжигании ископаемого топлива мы в основном получаем три вещи: тепло, воду и CO. 2 . Мы также получаем некоторые твердые формы углерода, такие как сажа и жир.

Вот куда идет весь старый углерод. Весь углерод, накопленный во всех этих растениях и животных на протяжении сотен миллионов лет, возвращается в атмосферу всего за одну-двести лет.

Знаете ли вы, что при сжигании 6,3 фунта бензина образуется 20 фунтов углекислого газа? Хотите узнать как?

Углерод в воздухе – это хорошо, плохо или просто некрасиво ??

Теплица улавливает энергию Солнца внутри и сохраняет растения в тепле.

Вот важная вещь о CO 2 : это парниковый газ. Это означает, что CO 2 в атмосфере удерживает тепло вблизи Земли.Это помогает Земле удерживать часть энергии, которую она получает от Солнца, чтобы вся энергия не просачивалась обратно в космос.

Если бы не этот парниковый эффект, океаны Земли замерзли бы до твердого состояния. Земля не была бы той красивой сине-зеленой планетой жизни, которой она является.

Если бы не парниковый эффект, Земля была бы ледяным шаром.

Итак, CO 2 и другие парниковые газы хороши – до определенной степени.Но CO 2 настолько хорошо удерживает тепло от Солнца, что даже небольшое увеличение CO 2 в атмосфере может привести к тому, что Земля станет еще теплее.

На протяжении всей истории Земли всякий раз, когда количество CO 2 в атмосфере повышалось, температура Земли также повышалась. А когда температура повышается, CO 2 в атмосфере повышается еще больше.

Этот график показывает, как температура и углекислый газ увеличивались и уменьшались вместе за последние 400 000 лет. Ссылка: http://www.epa.gov/climatechange/science/pastcc_fig1.html.

Исследовательские спутники НАСА изучают, сколько углерода растения забирают из атмосферы и как углерод перемещается по планете.

Посмотрите на прибор Climate Time Machine , чтобы увидеть, как CO 2 и температура менялись вместе на протяжении истории.

инженеров Массачусетского технологического института разработали новый способ удаления углекислого газа из воздуха | MIT News

Новый способ удаления углекислого газа из потока воздуха может стать важным инструментом в борьбе с изменением климата.Новая система может работать с газом практически при любом уровне концентрации, вплоть до примерно 400 частей на миллион, которые в настоящее время обнаруживаются в атмосфере.

Большинство методов удаления углекислого газа из потока газа требуют более высоких концентраций, таких как те, которые обнаруживаются в выхлопных газах электростанций, работающих на ископаемом топливе. Было разработано несколько вариантов, которые могут работать с низкими концентрациями, обнаруженными в воздухе, но новый метод значительно менее энергоемкий и дорогостоящий, говорят исследователи.

Техника, основанная на пропускании воздуха через стопку заряженных электрохимических пластин, описана в новой статье в журнале Energy and Environmental Science постдока Массачусетского технологического института Саага Воскяна, который разработал эту работу во время своей докторской диссертации, и Т. Алан Хаттон, профессор химического машиностроения Ральфа Ландау.

Устройство представляет собой большую специализированную батарею, которая поглощает углекислый газ из воздуха (или другого газового потока), проходящего через его электроды во время зарядки, а затем выделяет газ во время разряда.В процессе работы устройство будет просто чередоваться между зарядкой и разрядкой, при этом свежий воздух или подаваемый газ продувается через систему во время цикла зарядки, а затем чистый концентрированный диоксид углерода выдувается во время разрядки.

По мере зарядки аккумулятора на поверхности каждого пакета электродов происходит электрохимическая реакция. Они покрыты составом под названием полиантрахинон, который состоит из углеродных нанотрубок. Электроды обладают естественным сродством к диоксиду углерода и легко реагируют с его молекулами в воздушном потоке или подаваемом газе, даже когда он присутствует в очень низких концентрациях.Обратная реакция происходит, когда батарея разряжается – во время которой устройство может обеспечить часть энергии, необходимой для всей системы, – и в процессе выбрасывает поток чистого углекислого газа. Вся система работает при комнатной температуре и нормальном давлении воздуха.

«Самым большим преимуществом этой технологии перед большинством других технологий улавливания или поглощения углерода является бинарная природа сродства адсорбента к диоксиду углерода», – поясняет Воскиан. Другими словами, электродный материал по своей природе «имеет либо высокое сродство, либо полное отсутствие сродства», в зависимости от состояния заряда или разряда батареи.Другие реакции, используемые для улавливания углерода, требуют промежуточных стадий химической обработки или ввода значительной энергии, такой как тепло или перепад давления.

«Это бинарное сродство позволяет улавливать диоксид углерода при любой концентрации, включая 400 частей на миллион, и позволяет выделять его в любой поток носителя, включая 100-процентный CO. 2 », – говорит Воскиан. То есть, когда любой газ протекает через стопку этих плоских электрохимических ячеек, на этапе высвобождения захваченный диоксид углерода будет уноситься вместе с ним.Например, если желаемым конечным продуктом является чистый диоксид углерода, который будет использоваться при газировании напитков, то поток чистого газа можно продуть через пластины. Уловленный газ затем выходит из пластин и присоединяется к потоку.

На некоторых заводах по розливу безалкогольных напитков ископаемое топливо сжигается для выработки углекислого газа, необходимого для придания напиткам их газообразности. Точно так же некоторые фермеры сжигают природный газ для производства углекислого газа, чтобы кормить свои растения в теплицах. Новая система могла бы устранить потребность в ископаемом топливе в этих приложениях и в процессе фактически удалить парниковый газ прямо из воздуха, говорит Воскиан.В качестве альтернативы, поток чистого углекислого газа может быть сжат и закачан под землю для долгосрочной утилизации или даже превращен в топливо с помощью ряда химических и электрохимических процессов.

Процесс, который эта система использует для улавливания и выделения углекислого газа, «революционен», – говорит он. «Все это происходит в условиях окружающей среды – нет необходимости в подаче тепла, давления или химикатов. Это как раз эти очень тонкие листы с активными обеими поверхностями, которые можно сложить в коробку и подключить к источнику электричества.

«В моих лабораториях мы стремимся разрабатывать новые технологии для решения ряда экологических проблем, которые позволяют избежать необходимости в источниках тепловой энергии, изменениях давления в системе или добавлении химикатов для завершения циклов разделения и высвобождения», Хаттон говорит. «Эта технология улавливания углекислого газа является наглядной демонстрацией мощности электрохимических подходов, которые требуют лишь небольших колебаний напряжения для разделения».

На работающей установке – например, на электростанции, где производятся выхлопные газы. непрерывно – два набора таких пакетов электрохимических ячеек могут быть установлены бок о бок для параллельной работы, при этом дымовой газ направляется сначала в один набор для улавливания углерода, затем отводится ко второму набору, в то время как первый набор идет в его выпуск цикл.При чередовании движения вперед и назад система всегда могла как улавливать, так и выпускать газ. В лаборатории команда доказала, что система может выдерживать не менее 7000 циклов зарядки-разрядки с 30-процентной потерей эффективности за это время. По оценкам исследователей, они могут легко улучшить это количество до 20 000–50 000 циклов.

Сами электроды могут быть изготовлены стандартными методами химической обработки. Хотя сегодня это делается в лабораторных условиях, его можно адаптировать так, чтобы в конечном итоге они могли производиться в больших количествах с помощью процесса производства рулонов, аналогичных газетному печатному станку, – говорит Воскян.«Мы разработали очень рентабельные методы», – говорит он, оценивая, что их можно производить примерно по десяткам долларов за квадратный метр электрода.

По сравнению с другими существующими технологиями улавливания углерода, эта система достаточно энергоэффективна, постоянно потребляя около одного гигаджоуля энергии на тонну улавливаемого диоксида углерода. По словам Воскяна, у других существующих методов потребление энергии колеблется от 1 до 10 гигаджоулей на тонну, в зависимости от концентрации углекислого газа на входе.

Исследователи создали компанию Verdox, чтобы коммерциализировать процесс, и надеются разработать пилотную установку в течение следующих нескольких лет, – говорит он. По его словам, систему очень легко масштабировать: «Если вам нужна большая емкость, вам просто нужно сделать больше электродов».

Эта работа была поддержана грантом MIT Energy Initiative Seed Fund и Eni S.p.A.

Двуокись углерода 101 | netl.doe.gov

ЧТО ТАКОЕ ДИОКСИД УГЛЕРОДА?

Изображение молекулы углекислого газа.

Двуокись углерода (обычно сокращенно CO 2 ) – это чистый газ, состоящий из одного атома углерода (C) и двух атомов кислорода (O). Углекислый газ – одна из многих молекул, в которых углерод обычно встречается на Земле. Он не горит, при стандартных условиях температуры и давления стабилен, инертен и нетоксичен. Углекислый газ естественным образом встречается в атмосфере Земли в небольших количествах (около 0,04 процента).

ЧЕЛОВЕКИ ДЫШАЮТ

Двуокись углерода – это незначительная часть воздуха, которым дышат люди.Это также побочный продукт метаболизма нашего тела, который впоследствии выдыхается из легких.

ЭТО НУЖНО ЗАВОДАМ

Несмотря на незначительное количество CO 2 в воздухе, он необходим для жизни растений и является ключевой частью глобального углеродного цикла. Растения поглощают CO 2 , расщепляют CO 2 на углерод и кислород, выделяют кислород в атмосферу, а затем сохраняют углерод для жизни и роста. Когда растение умирает или сгорает, углерод рекомбинирует с O 2 в воздухе, и снова образуется CO 2 , завершая цикл.

Миф: Присутствие CO 2 в атмосфере плохо и происходит только от сжигания ископаемого топлива.

Реальность: Углекислый газ получают как из естественных, так и из антропогенных источников, он необходим для жизни растений и является ключевой частью жизненного цикла углерода Земли.


Природные и антропогенные потоки углерода

ЧТО ТАКОЕ УГЛЕРОДНЫЙ ЦИКЛ?

Углеродный цикл – это процесс, посредством которого углерод проходит через воздух, землю, растения, животных и ископаемое топливо.Люди и животные вдыхают кислород из воздуха и выдыхают углекислый газ (CO 2 ), в то время как растения поглощают CO 2 для фотосинтеза и выделяют кислород обратно в атмосферу. Углекислый газ также обменивается между атмосферой и океанами. Эта естественная система процессов поддерживает стабильные уровни CO 2 в атмосфере с течением времени. На рисунке ниже изображен углеродный цикл, показывая, как углерод перемещается между сушей, атмосферой и океаном посредством различных природных и антропогенных процессов.На суше углерод содержится в формациях, почве, растениях и животных. Когда они разлагаются, углерод может выбрасываться в атмосферу в виде CO 2 . Попав в атмосферу, углерод может быть поглощен океанами, растениями на суше / океане или животными, несущими раковины. Важно отметить, что только небольшое количество углерода Земли проходит через углеродный цикл каждый год.


ЧТО ТАКОЕ ТЕПЛИЧНЫЙ ЭФФЕКТ?

Схема парникового эффекта

Парниковый эффект используется для описания явления, при котором атмосфера Земли улавливает солнечную радиацию, вызванную присутствием газов, таких как углекислый газ (CO 2 ), метан (CH 4 ), закись азота. оксида (N 2 O) и водяного пара (H 2 O).В совокупности эти газы называются парниковыми газами (ПГ). Парниковый эффект получил свое название от процесса, который на самом деле происходит в теплице. В теплице видимый солнечный свет с короткой длиной волны проходит через стеклянные панели и согревает воздух и растения внутри. Излучение, испускаемое нагретыми объектами внутри теплицы, имеет более длинную волну и поэтому не может пройти через стеклянный барьер, поддерживая высокую температуру в теплице.

Парниковый эффект

Природный парниковый эффект Земли действует аналогично.Солнечный свет, попадающий в атмосферу, либо отражается, либо поглощается, либо просто проходит сквозь нее. Солнечный свет, проходящий через атмосферу, либо поглощается поверхностью Земли, либо отражается обратно в космос. Поверхность Земли нагревается после поглощения этого солнечного света и испускает длинноволновое излучение обратно в атмосферу. Часть этого излучения проходит через атмосферу в космос, а остальная часть либо отражается обратно к поверхности Земли, либо поглощается атмосферными парниковыми газами, которые повторно излучают более длинные волны обратно на поверхность Земли.Эти парниковые газы улавливают солнечную энергию в атмосфере, нагревая планету.

парниковых газов можно сравнить со стеклянными панелями в примере теплицы, поскольку они улавливают непрямое тепло от солнца. Двуокись углерода и другие парниковые газы помогают создавать и поддерживать естественный парниковый эффект, который делает Землю благоприятной для жизни. ПГ не оказывают отрицательного воздействия, если присутствуют в естественных количествах; на самом деле, без них средняя температура Земли была бы намного ниже.

Миф: ПГ, такие как CO 2 , следует полностью удалить из атмосферы.

Реальность: парниковых газов, таких как CO 2 , в определенных диапазонах концентраций, помогают поддерживать глобальную температуру, благоприятную для жизни.


КАКОВЫ ПЕРВИЧНЫЕ ИСТОЧНИКИ CO

2 ?

Существуют как природные источники углекислого газа (CO 2 ), так и искусственные (антропогенные) источники CO. 2 .

ПРИРОДНЫЙ CO 2 ИСТОЧНИКИ

Природный CO 2 источников составляют большую часть CO 2 , выбрасываемого в атмосферу.Океаны обеспечивают наибольшее годовое количество CO 2 из любого природного или антропогенного источника. Другие источники природного CO 2 включают дыхание животных и растений, разложение органических веществ, лесные пожары и выбросы в результате извержений вулканов. Есть также естественные отложения CO 2 , обнаруженные в пластах в пределах земной коры, которые могут служить источниками CO 2 .

АНТРОПОГЕННЫЙ CO 2 ИСТОЧНИКИ

Антропогенный CO 2 источники являются частью нашей повседневной деятельности и включают в себя источники энергии, транспорт, промышленные источники, химическое производство, добычу нефти и сельское хозяйство.Многие из этих типов источников сжигают ископаемое топливо (уголь, нефть и природный газ) с выбросами CO 2 в качестве побочного продукта. Из этих источников CO 2 производство электроэнергии вносит наибольший вклад в атмосферу антропогенного CO 2 .

Миф: Углекислый газ поступает только из антропогенных источников, особенно в результате сжигания ископаемого топлива.

Реальность: Углекислый газ поступает как из естественных, так и из антропогенных источников; преобладают природные источники.


ЧТО ДЕЛАЮТ ТЕПЕРЬ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ CO

2 ? Скважина для мониторинга в проекте хранилища
CO2, спонсируемом NETL.

Объединенный портфель вариантов управления углеродом реализуется для снижения текущих уровней выбросов диоксида углерода (CO 2 ), связанных с производством энергии, при сохранении энергетической безопасности и создании технологий и базы знаний, необходимых для уменьшения выбросов углерода. В портфеле США:

  1. Используйте виды топлива с пониженной интенсивностью выбросов углерода – возобновляемые источники энергии, атомная энергия и природный газ.
  2. Внедряйте более эффективные технологии как со стороны спроса, так и со стороны предложения энергии.
  3. Разработка и внедрение технологии улавливания и хранения углерода (CCS).

CCS – это отделение и улавливание CO 2 из промышленных процессов с последующей транспортировкой и безопасным постоянным хранением в глубоких подземных геологических формациях. УХУ – это жизнеспособный вариант управления антропогенным CO 2 , поскольку многочисленные исследования показали, что на него может приходиться до 55 процентов снижения выбросов, необходимых для стабилизации и, в конечном итоге, снижения концентраций CO 2 в атмосфере.С 1997 года Программа хранения углерода Министерства энергетики США (DOE) значительно продвинула CCS за счет разнообразного портфеля прикладных исследовательских проектов, которые включают промышленность, научные круги и другие исследовательские учреждения, а также через совместные исследования через Национальную лабораторную сеть, в том числе Центр исследований и инноваций (RIC) Национальной лаборатории энергетических технологий (NETL). По всей стране существует множество проектов, в которых CO 2 закачивается в подходящие глубокие пласты, чтобы продемонстрировать процесс его безопасного хранения.Также существует потенциал для разработки подходов, которые могут преобразовать захваченный CO 2 в полезные продукты, такие как топливо, химикаты или пластмассы.

Миф: Ничего не делается для управления выбросами CO 2 от крупномасштабных антропогенных источников.

Реальность: Достижения в области улавливания и хранения углерода (CCS) в качестве варианта снижения выбросов CO 2 происходят благодаря усилиям в области исследований и разработок (НИОКР) в Соединенных Штатах и ​​во всем мире.

Что такое углеродный цикл?

ВИДЕО: Что такое углеродный цикл? Вот обзор менее чем за две минуты. Выписка

Синий углерод

Голубой углерод – это термин, обозначающий углерод, улавливаемый мировым океаном и прибрежными экосистемами. Морские травы, мангровые заросли, солончаки и другие системы вдоль нашего побережья очень эффективны в хранении CO2. Эти области также поглощают и накапливают углерод гораздо быстрее, чем другие области, такие как леса, и могут продолжать это делать в течение миллионов лет.Углерод, обнаруженный в прибрежной почве, часто имеет возраст тысячи лет. Когда эти системы повреждены или нарушены в результате деятельности человека, огромное количество углерода выбрасывается обратно в атмосферу, что способствует изменению климата.

Углерод является основой всего живого на Земле, он необходим для образования сложных молекул, таких как белки и ДНК. Этот элемент также находится в нашей атмосфере в виде углекислого газа (CO2). Углерод помогает регулировать температуру Земли, делает возможной любую жизнь, является ключевым ингредиентом пищи, которая поддерживает нас, и является основным источником энергии для нашей глобальной экономики.

Углеродный цикл описывает процесс, в котором атомы углерода непрерывно перемещаются из атмосферы на Землю, а затем обратно в атмосферу. Поскольку наша планета и ее атмосфера образуют замкнутую среду, количество углерода в этой системе не меняется. Где находится углерод – в атмосфере или на Земле – он постоянно находится в движении.

На Земле большая часть углерода хранится в горных породах и отложениях, а остальная часть находится в океане, атмосфере и в живых организмах.Это резервуары или поглотители, по которым циркулирует углерод.

Углерод выбрасывается обратно в атмосферу при гибели организмов, извержении вулканов, пожарах, горении ископаемого топлива и с помощью множества других механизмов.

В случае океана углерод постоянно обменивается между поверхностными водами океана и атмосферой или хранится в течение длительных периодов времени в глубинах океана.

Люди играют важную роль в углеродном цикле благодаря такой деятельности, как сжигание ископаемого топлива или освоение земель.В результате количество углекислого газа в атмосфере быстро растет; это уже значительно больше, чем когда-либо за последние 800 000 лет.

Стенограмма видео

Что такое углеродный цикл? Углерод – это химическая основа всего живого на Земле. Весь углерод, который у нас сейчас есть на Земле, равен тому количеству, которое у нас было всегда. Когда образуется новая жизнь, углерод образует ключевые молекулы, такие как белок и ДНК. Он также содержится в нашей атмосфере в виде углекислого газа или CO2.Углеродный цикл – это природный способ повторного использования атомов углерода, которые перемещаются из атмосферы в организмы на Земле, а затем снова и снова возвращаются в атмосферу. Большая часть углерода хранится в горных породах и отложениях, а остальной – в океане, атмосфере и живых организмах. Это резервуары или поглотители, по которым циркулирует углерод. Океан – это гигантский сток углерода, который поглощает углерод. Морские организмы, от болотных растений до рыб, от водорослей до птиц, также производят углерод в процессе жизни и смерти.Иногда мертвые организмы становятся ископаемым топливом, которое при сгорании выделяет CO2, и цикл продолжается.

Парниковые газы, CO2, CO2e и углерод: что означают все эти термины?

В нашей отрасли используется множество терминов, таких как «парниковые газы», ​​«CO2», «CO2e» и «углерод», и то, что они означают, может сбивать с толку. Краткое объяснение этих ключевых терминов приводится ниже.

Парниковые газы

Парниковый газ (или сокращенно ПГ) – это любой газ в атмосфере, который поглощает тепло и, таким образом, сохраняет атмосферу планеты более теплой, чем она была бы в противном случае.Основными парниковыми газами в атмосфере Земли являются водяной пар, диоксид углерода (CO 2 ), метан (CH 4 ), закись азота (N 2 O) и озон.

ПГ естественным образом встречаются в атмосфере Земли, но деятельность человека, такая как сжигание ископаемого топлива, увеличивает уровни ПГ в атмосфере, вызывая глобальное потепление и изменение климата. Киотский протокол – это международный договор по контролю за выбросами парниковых газов в результате деятельности человека, и парниковые газы, контролируемые в соответствии с этим соглашением, показаны в Таблице 1 ниже.Часто эти парниковые газы называют «газами Киотского протокола».

Таблица 1. Киотские газы (IPCC 2007 1 ).

Парниковый газ

Потенциал глобального потепления


Гидрофторуглероды (ГФУ)

124–14 800

Перфторуглероды (ПФУ)

7,390 – 12,200

Гексафторид серы (SF 6 )

22 800

Трифторид азота (NF 3 ) 2

17 200

Стоит отметить, что разные парниковые газы существуют в атмосфере в течение разного времени, а также поглощают разное количество тепла.«Потенциал глобального потепления» (или «ПГП») парниковых газов указывает на степень потепления, вызванного газом за определенный период времени (обычно 100 лет). GWP – это индекс, при этом CO 2 имеет значение индекса, равное 1, а GWP для всех других парниковых газов – это во сколько раз большее потепление они вызывают по сравнению с CO 2 . Например. 1 кг метана вызывает в 25 раз большее потепление за 100-летний период по сравнению с 1 кг CO 2 , то есть метан имеет ПГП 25.

Двуокись углерода

Двуокись углерода (CO 2 ) является наиболее распространенным парниковым газом, выбрасываемым в результате деятельности человека, с точки зрения количества и общего воздействия на глобальное потепление.В результате термин «CO 2 » иногда используется в качестве сокращенного выражения для всех парниковых газов, однако это может вызвать путаницу, и более точным способом обозначения ряда парниковых газов в совокупности является использование термина «углерод. эквивалент диоксида »или« CO 2 e »(поясняется ниже).

Поскольку CO 2 считается наиболее важным парниковым газом, некоторые оценки или отчеты по парниковым газам включают только CO 2 и не учитывают другие парниковые газы, и это может привести к занижению общего воздействия глобального потепления.Кадастры парниковых газов будут более полными, если они будут включать все парниковые газы, а не только CO 2 .

Эквивалент углекислого газа (CO 2 e)

«Эквивалент углекислого газа» или «CO 2 e» – это термин для описания различных парниковых газов в одной единице. Для любого количества и типа парникового газа CO 2 e означает количество CO 2 , которое окажет эквивалентное воздействие на глобальное потепление.

Количество ПГ можно выразить как CO 2 e, умножив количество ПГ на его ПГП.Например. если выбрасывается 1 кг метана, это можно выразить как 25 кг CO 2 e (1 кг CH 4 * 25 = 25 кг CO 2 e).

«CO 2 e» – очень полезный термин по ряду причин: он позволяет выражать «связки» парниковых газов одним числом; и это позволяет легко сравнивать различные группы парниковых газов (с точки зрения их общего воздействия на глобальное потепление). Тем не менее, одно слово предостережения при сравнении итоговых значений CO 2 e заключается в том, что важно знать, что одни и те же ПГ включаются в сравниваемые итоги, чтобы быть уверенным, что сопоставимые сравнения могут быть выполнены.

Также стоит отметить, что «CO 2 e» также иногда записывается как «CO 2 eq», «CO 2 эквивалент» или даже «CDE», и эти термины могут использоваться взаимозаменяемо 3 .

Углерод

Углерод – это химический элемент, который присутствует во многих газах и соединениях. Например, углерод соединяется с кислородом с образованием диоксида углерода (CO 2 ) и соединяется с водородом с образованием метана (CH 4 ). Термин «углерод» используется по-разному, когда речь идет о выбросах парниковых газов, и поэтому имеет тенденцию быть двусмысленным и потенциально сбивающим с толку.«Углерод» иногда используется как сокращение для обозначения CO 2 или парниковых газов в целом, а также его можно использовать для выражения выбросов CO 2 через количество углерода в CO 2 .

Атомный вес атома углерода равен 12, а атомный вес кислорода равен 16, поэтому общий атомный вес CO 2 равен 44 (12 + (16 * 2) = 44). Это означает, что количество CO 2 можно выразить через количество содержащегося в нем углерода, умножив количество CO 2 на 0.27 (12/44). Например. 1 кг CO 2 можно выразить как 0,27 кг углерода, поскольку это количество углерода в CO 2 .

Термин «углерод» может сбивать с толку, поскольку он используется как сокращенное выражение для обозначения либо только CO 2 , либо парниковых газов в целом (хотя не все парниковые газы содержат углерод!). Кроме того, преобразование CO 2 в углерод не особенно полезно, поскольку это не позволяет проводить сравнения между различными парниковыми газами, как это делает преобразование в CO 2 e.В результате все реже и реже регистрируются выбросы CO 2 в терминах «углерода», хотя сокращенные термины, такие как «учет углерода» и «низкоуглеродная экономика», по-прежнему используются в качестве популярных заменителей для «учета парниковых газов». или «экономика с низким уровнем выбросов парниковых газов».


Ссылки

1 IPCC (2007). Четвертый оценочный доклад МГЭИК: Изменение климата 2007. Межправительственная группа экспертов по изменению климата. Издательство Кембриджского университета, Кембридж.

2 Трифторид азота будет включен во второй период обязательств Киотского протокола (с 2013 по 2017 или 2020 годы).В первый период действия обязательств (с 2008 по 2012 год) были включены только первые шесть газов.

3 Также стоит отметить, что буквы «CO 2 e» также иногда используются для обозначения концепции «эквивалентного углекислого газа», который представляет собой величину глобального потепления, вызванного количеством парниковых газов в определенном количестве. конкретный момент времени, выраженный в количестве CO 2 , который будет иметь такой же мгновенный эффект потепления. Это необычное использование «CO 2 e», и в большинстве случаев «CO 2 e» означает «эквивалент двуокиси углерода».

Углекислый газ – обзор

Человек

Углекислый газ – это простое удушающее средство, которое вытесняет кислород из атмосферы дыхания, что приводит к гипоксии. Описаны четыре стадии (в зависимости от насыщения артериальной крови кислородом): (1) индифферентная стадия, 90% -ное насыщение кислородом; (2) компенсаторная стадия, кислородное насыщение 82–90%; (3) стадия нарушения, насыщение кислородом 64–82%; и (4) критическая стадия, насыщение кислородом 60–70% или меньше.

После воздействия удушающих средств отмечаются сердечно-сосудистые эффекты, такие как тахикардия, аритмии и ишемия.Углекислый газ оказывает прямое токсическое действие на сердце, что приводит к снижению сократительной силы. Это также вазодилататор и самый мощный из известных цереброваскулярных расширителей. Также отмечаются респираторные эффекты, такие как гипервентиляция, цианоз и отек легких. Могут возникнуть различные неврологические эффекты, такие как головокружение, головные боли, сонливость и спутанность сознания. Длительная гипоксия может привести к потере сознания; судороги могут наблюдаться во время серьезных случаев асфиксии. Могут возникать желудочно-кишечные эффекты, такие как тошнота и рвота, но обычно они проходят в течение 24–48 часов после прекращения воздействия.Снижение зрения и повышение внутриглазного давления можно увидеть при вдыхании 10% углекислого газа. Комбинированный респираторный и метаболический ацидоз наблюдался при серьезном контакте с сухим льдом. Катастрофа на озере Ниос в августе 1986 года была постулирована как результат выброса углекислого газа из поднимающихся холодных глубинных вод, образующих смертоносное облако газа. У пострадавших были отмечены кашель, головная боль, лихорадка, недомогание, отек конечностей и потеря сознания. Вдыхание углекислого газа является тератогенным и вызывает неблагоприятные репродуктивные последствия как у самцов, так и у самок у грызунов.У людей отмечалось усиление шевеления плода после вдыхания 5% углекислого газа в воздухе.

Самая низкая смертельная концентрация (при вдыхании) для человека составляет 100000 частей на миллион в течение 1 мин. Концентрация углекислого газа 20–30% может вызвать судороги и кому в течение 1 мин. Потеря сознания может возникнуть при вдыхании концентрации 12% в течение 8–23 мин. Вдыхание 6–10% вызывает одышку, головную боль, головокружение, потливость и беспокойство.

6 способов удалить углеродное загрязнение с неба

Со времени промышленной революции люди выбросили в атмосферу более 2 000 гигатонн углекислого газа.(Гигатонна – это один миллиард метрических тонн.)

Это сгущающееся одеяло удерживающих тепло парниковых газов вызывает глобальное потепление, которое мы наблюдаем сегодня. Если ничего не изменится, климатические воздействия, такие как лесные пожары, удушающие волны тепла и разрушительное повышение уровня моря, будут только усиливаться.

Обязательным условием борьбы с изменением климата является быстрое сокращение выбросов – например, путем наращивания объемов возобновляемой энергии, повышения энергоэффективности, прекращения вырубки лесов и сдерживания сверхзагрязнителей, таких как гидрофторуглероды (ГФУ).Однако новейшая наука о климате говорит нам, что одних этих усилий недостаточно для предотвращения опасного изменения климата.

Чтобы удержать повышение глобальной температуры ниже 1,5-2 градусов по Цельсию (2,7-3,6 градусов по Фаренгейту), что, по мнению ученых, необходимо для предотвращения наихудших последствий изменения климата, нам нужно не только сократить выбросы, но также удалить и хранить немного углерода из атмосферы.

Фактически, большинство сценариев климатических моделей показывают, что к 2050 году нам потребуется ежегодно удалять миллиарды метрических тонн двуокиси углерода, одновременно увеличивая сокращение выбросов.

Удаление углерода может принимать различные формы, от новых технологий до методов землепользования. Большой вопрос в том, смогут ли эти подходы обеспечить удаление углерода в масштабе, необходимом в ближайшие десятилетия.

Примечание. Это условный сценарий, показывающий роль удаления углерода в доведении выбросов до нуля к середине века в соответствии с ограничением глобального потепления на 1,5 ° C по сравнению с доиндустриальными уровнями. Он предполагает одновременное снижение выбросов CO2 и других газов, таких как метан.Более быстрое и / или более глубокое сокращение выбросов может снизить роль удаления углерода; более медленное и / или более слабое сокращение выбросов увеличило бы потребность в удалении углерода.

Каждый подход к удалению углерода сталкивается с проблемами и ограничениями. В серии рабочих документов WRI исследуются возможности и проблемы использования удаления углерода для борьбы с изменением климата и рекомендуется приоритетный набор действий федеральной политики США для ускорения их разработки и внедрения.

Вот шесть вариантов удаления углерода из атмосферы:

1) Леса

Фотосинтез естественным образом удаляет углекислый газ, а деревья особенно хороши в хранении углерода, удаляемого из атмосферы в результате фотосинтеза.Расширение, восстановление и управление лесами для стимулирования большего поглощения углерода может усилить силу фотосинтеза, превращая двуокись углерода в воздухе в углерод, хранящийся в древесине и почве.

WRI оценивает, что потенциал удаления углерода из лесов и деревьев за пределами лесов только в Соединенных Штатах составляет более половины гигатонны в год, что эквивалентно всем годовым выбросам в сельскохозяйственном секторе США. Эти подходы к удалению CO 2 через леса могут быть относительно недорогими по сравнению с другими вариантами удаления углерода (обычно менее 50 долларов за метрическую тонну) и позволяют получить более чистую воду и воздух в процессе.

Одна из основных проблем – обеспечить, чтобы расширение лесов в одном районе не происходило за счет лесов в другом месте. Например, лесовосстановление сельскохозяйственных угодий уменьшило бы запасы продовольствия. Это может потребовать преобразования других лесов в сельскохозяйственные угодья, если повышение продуктивности фермерских хозяйств не сможет восполнить этот пробел. Точно так же отказ от заготовки древесины в одном лесу может привести к чрезмерной вырубке в другом. Такая динамика делает особенно важным восстановление существующих лесов и управление ими, а также добавление деревьев на экологически приемлемые земли за пределами сельскохозяйственных угодий.

2) Фермы

Почвы естественным образом накапливают углерод, но сельскохозяйственные почвы испытывают большой дефицит из-за интенсивного использования. Поскольку сельскохозяйственные угодья настолько обширны – более 900 миллионов акров только в Соединенных Штатах – даже небольшое увеличение содержания углерода в почве на акр может иметь большое значение.

Строительный углерод в почве полезен также для фермеров и владельцев ранчо, поскольку он может улучшить состояние почвы и урожайность. Интеграция деревьев на фермах также может удалять углерод, обеспечивая при этом другие преимущества, такие как тень и корм для скота.

Увеличение содержания углерода в почве может принести пользу фермерам и владельцам ранчо, помимо удаления углерода из атмосферы. Фото Джеймса Балца / Unsplash

Есть много способов увеличить содержание углерода в почвах. Посадка покровных культур, когда поля в остальном голые, может продлить фотосинтез в течение года, улавливая около половины метрической тонны CO 2 на акр в год. Использование компоста может повысить урожайность при сохранении содержания углерода компоста в почве. Ученые также развивают культуры с более глубокими корнями, что делает их более устойчивыми к засухе и вносит больше углерода в почву.

Однако регулирование почвенного выброса углерода в больших масштабах – задача непростая. Природные системы по своей природе изменчивы, и поэтому прогнозировать, измерять и контролировать долгосрочные углеродные выгоды от любой конкретной практики на данном акре является реальной проблемой.

Эффективность некоторых практик также является предметом постоянных научных дебатов. Более того, изменение условий или методов управления из года в год может свести на нет предыдущие достижения. А поскольку для удаления значительного количества углерода потребуется много сельскохозяйственных угодий, правительствам и рыночным системам потребуется создать для землевладельцев правильные условия для хранения большего количества углерода.

3) Биоэнергетика с улавливанием и хранением углерода (BECCS)

Биоэнергетика с улавливанием и хранением углерода (BECCS) – еще один способ использования фотосинтеза для борьбы с изменением климата. Однако это намного сложнее, чем посадка деревьев или обработка почвы, и не всегда помогает в изменении климата.

BECCS – это процесс использования биомассы для получения энергии в промышленном, энергетическом или транспортном секторах; улавливание его выбросов до того, как они попадут обратно в атмосферу; а затем хранение захваченного углерода либо под землей, либо в долгоживущих продуктах, таких как бетон.Если BECCS вызывает рост большего количества биомассы, чем в противном случае, или накапливает больше углерода вместо того, чтобы выпускать его обратно в атмосферу, он может обеспечить чистое удаление углерода.

Но не всегда просто определить, выполняются ли эти условия. Более того, если BECCS будет полагаться на биоэнергетические культуры, он может вытеснить производство продуктов питания или естественные экосистемы, уничтожив климатические выгоды и усугубив отсутствие продовольственной безопасности и утрату экосистем.

Некоторые формы BECCS могут преобразовывать такие отходы, как сельскохозяйственные остатки или мусор, в топливо.Это сырье может стать ключом к будущему BECCS, так как оно не требует специального землепользования. Даже в этом случае учет должен быть правильным – а есть много способов сделать это неправильно, – чтобы BECCS принесла ожидаемые климатические выгоды.

4) Прямой воздухозаборник

Прямой улавливание воздуха – это процесс химической очистки диоксида углерода непосредственно из окружающего воздуха с последующим хранением его под землей или в долгоживущих продуктах. Эта новая технология аналогична технологии улавливания и хранения углерода, используемой для улавливания выбросов из таких источников, как электростанции и промышленные объекты.Разница в том, что прямое улавливание воздуха удаляет избыток углерода непосредственно из атмосферы, вместо того, чтобы улавливать его у источника.

Относительно просто измерить и учесть климатические преимущества прямого захвата воздуха, и его потенциальные масштабы применения огромны. Но технология остается дорогостоящей и энергоемкой. Часто бывает сложно определить затраты на новые технологии прямого улавливания воздуха, но по оценкам исследования 2018 года, это будет стоить около 94-232 долларов за метрическую тонну.Ранее оценки были выше.

Прямой улавливание воздуха также требует значительных затрат тепла и энергии: очистка воздуха от 1 гигатонны углекислого газа может потребовать почти 10 процентов от общего потребления энергии сегодня. Технология прямого улавливания воздуха также должна работать на источниках энергии с низким или нулевым содержанием углерода, чтобы обеспечить чистое удаление углерода.

Инвестирование в технологическое развитие и опыт внедрения, наряду с постоянным прогрессом в использовании дешевой и чистой энергии, могут улучшить перспективы прямого захвата воздуха в больших масштабах.

Многие компании уже разработали системы прямого улавливания воздуха, несмотря на почти полное отсутствие государственных расходов на исследования и разработки на эту технологию в течение многих лет. Однако в конце 2019 года Конгресс выделил 60 миллионов долларов на технологии удаления углерода, в том числе не менее 35 миллионов долларов на прямой улавливание воздуха, что стало важным шагом на пути к уровню инвестиций, необходимых для расширения масштабов разработок.

Суть в том, что прямой захват воздуха все еще является новой технологией, и, хотя она демонстрирует огромный потенциал для расширения, эти системы являются первыми в своем роде и нуждаются в общественной поддержке для развития.

5) Углеродная минерализация

Некоторые минералы естественным образом реагируют с CO 2 , превращая углерод из газа в твердое тело. Этот процесс обычно называют углеродной минерализацией или усиленным выветриванием, и он, естественно, происходит очень медленно, в течение сотен или тысяч лет.

Но ученые выясняют, как ускорить процесс минерализации углерода, особенно за счет увеличения воздействия на эти минералы CO 2 в воздухе или в океане.Это может означать перекачку щелочной родниковой воды из-под земли на поверхность, где минералы могут вступать в реакцию с воздухом; перемещение воздуха через большие залежи хвостов горных выработок – породы, оставшиеся от горных работ, – которые содержат правильный минеральный состав; измельчение или выработка ферментов, которые разъедают минеральные отложения, чтобы увеличить площадь их поверхности; и поиск способов выветривания определенных промышленных побочных продуктов, таких как летучая зола, печная пыль или шлак железа и стали.

Углеродная минерализация также может использоваться как способ хранения CO 2 путем закачки в подходящие типы горных пород, где он вступает в реакцию с образованием твердого карбоната.Кроме того, некоторые приложения могут заменить традиционные методы производства таких продуктов, как бетон, который используется во всем мире в многомиллиардных тоннах.

Ученые показали, что углеродная минерализация возможна, и несколько стартапов уже разрабатывают строительные материалы на основе минерализации, но еще предстоит проделать большую работу, чтобы наметить рентабельные и разумные приложения для масштабного развертывания.

6) Концепции, основанные на океане

Был предложен ряд концепций удаления углерода на основе океана, чтобы максимально использовать способность океана хранить углерод и определить подходы, выходящие за рамки только наземных применений.Однако почти все они находятся на ранних стадиях разработки и нуждаются в дополнительных исследованиях, а в некоторых случаях и в пилотном тестировании, чтобы понять, подходят ли они для инвестиций с учетом потенциальных экологических, социальных и управленческих воздействий.

Каждый подход направлен на ускорение естественного углеродного цикла в океане. Они могут включать использование фотосинтеза прибрежных растений, морских водорослей или фитопланктона; добавление определенных минералов для увеличения хранения растворенного бикарбоната; или пропускание электрического тока через морскую воду для извлечения CO 2 .

Некоторые варианты удаления углерода на основе океана также могут принести сопутствующие выгоды. Например, выращивание голубого углерода в прибрежных районах и выращивание морских водорослей может удалить углерод, одновременно поддерживая восстановление экосистем, а добавление минералов, чтобы помочь океану накапливать углерод, также может снизить подкисление океана. Однако многое еще неизвестно о более широком экологическом воздействии этих подходов, и необходимы дальнейшие исследования, чтобы лучше понять потенциальные риски, прежде чем эти подходы будут реализованы в любом масштабе.

В ближайшей перспективе культивируемые морские водоросли могут также использоваться для производства продуктов питания, топлива и удобрений, что может не привести к удалению углерода, но может снизить выбросы по сравнению с традиционным производством и обеспечить экономическую отдачу, которая поддерживает рост отрасли.

Океан может предложить потенциальные варианты удаления углерода, такие как выращивание морских водорослей, что также может иметь экологические преимущества. Фото Службы национальных парков

Учитывая потенциальное экологическое, социальное и управленческое воздействие предлагаемых подходов, можно было бы начать дополнительные исследования, чтобы прояснить неопределенности и сообщить, где и когда следует расширить концепции удаления углекислого газа на основе океана.

Будущее удаления углерода

Анализ

WRI показал, что наиболее рентабельная стратегия с наименьшим риском для наращивания потенциала удаления углерода включает в себя разработку и внедрение различных подходов в тандеме.

Каждый подход к удалению углерода предлагает многообещающие и сложные задачи, но улавливание и хранение CO 2 , уже находящегося в воздухе, должно быть частью нашей стратегии изменения климата в Соединенных Штатах и ​​во всем мире, чтобы избежать опасных уровней глобального потепления.

Пришло время начать инвестировать во весь портфель подходов к удалению углерода – в исследования, разработки, демонстрацию, развертывание на ранней стадии и создание благоприятных условий, – чтобы они стали жизнеспособными вариантами в масштабе, необходимом в ближайшие десятилетия.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.