Альтернативное применение углекислого газа разработано учеными- химиками. Ученые разработали новый материал катализатора и конструкцию которая производит жидкое топливо из двуокиси углерода, огромной составляющей выбросов парниковых газов.
Результаты показывают, что существующие технологии могут преобразовывать двуокись углерода(СО 2) и, таким образом, не добавлять выбросы в атмосферу.
Топливо из углекислого газа
Предложенный катализатор дает новое применение углекислого газа для преобразовывания диоксида углерода (CO 2) в монооксид углерода (CO). Это первый шаг на пути преобразования CO 2 для других химических веществ, включая топливо. Химики уже установили методы для преобразования CO и кислород в различные жидкие виды топлива и другие продукты с энергией.
Монооксид углерода затем может быть дополнительно обработан в нужный материал.
И если водород и CO производятся с использованием солнечной или другой производимой энергии, то новая область применения углекислого газа может быть углеродно-нейтральной. В результате реакции разложения диоксида углерода (CO 2) образуется в монооксид углерода (II) (CO) и кислород (O 2) при достаточно большой температуре.
2CO 2 → 2CO + O 2
Перестраиваемое преобразование
Ученые знают, что настройка катализаторов влияет на получение желаемой доли CO в конечном продукте.
Большинство усилий технологов и конструкторов направлено на изготовление катализаторов для производства CO с учетом различной химии активной поверхности. Этот материал может производиться путем нанесения крошечных шариков полистирола на токопроводящих электродах субстрата, а затем электрохимическим способом серебрится поверхность. Этот метод создает соты как гексагональная структура клеток в промышленно выпускаемых .
Оказывается, различная толщина этого пористого катализатора производит двойной эффект: пористая структура катализатора сильно способствует производству CO из CO 2 в три раза, а также подавляет альтернативную реакцию производства H 2 (водорода), в десять раз. Используя этот совокупный эффект, производство CO может быть легко изменено. Результаты исследования дают фундаментальные идеи, которые могут быть применимы к разработке других материалов катализатора для производства энергии из углекислого газа CO 2 .
Это представляет собой лишь один шаг в преобразовании двуокиси углерода в используемые виды энергии, и первоначальные демонстрации в небольших лабораторных условиях. Таким образом, большой объем работы по-прежнему остается химикам для того, чтобы найти практический подход при применении углекислого газа для производства топлива для транспорта из углекислого газа.
Но поскольку избирательный подход и эффективность этого первоначального преобразования имеет верхний предел общей эффективности производства энергии из CO 2 , в техническом плане, работа обеспечивает основные фундаментальные принципы в углеродно нейтральной технологии для замены существующих систем ископаемого топлива.
Необходимо иметь возможность использовать всё из существующей инфраструктуры заправочных станций, средств доставки и емкости для хранения.
Использование углекислоты как в природе
В конечном счете применение углекислого газа по образу преобразования растениями. Эти устройства могут быть подключены непосредственно к потоку выбросов ископаемого топлива электростанциями.
При разработке окончательной технологии можно, например, использовать CO 2 для производства топлива вместо того, чтобы выпускать углекислый газ в атмосферу.
Если это будет разработано, то может представлять закрытый антропогенный углеродный цикл за счет использования вырабатываемой электроэнергии и преобразования выбросов парниковых газов в топливо.
В сущности, это так: чистый процесс будет делать то же самое, что растения и цианобактерии сделали на земле миллионы лет назад для производства ископаемых видов топлива.
В первую очередь: принимая двуокись углерода из воздуха и превращая его в более сложные молекулы. Но в этом случае, процесс должен длиться не на протяжении тысячелетий, процесс должен быть реплицирован очень быстро в лаборатории или на заводе. Это то же самое как естественный фотосинтез, но гораздо быстрее.
Жидкий
Двуокись углерода (диоксид углерода, СО 2) во всех своих состояниях широко используется практически во всех отраслях промышленности и агропромышленного комплекса.
На долю СО 2 приходится 10 % всего рынка технических газов, что ставит этот продукт в один ряд с основными продуктами разделения воздуха.
Оксид углерода (углекислый газ , диоксид углерода , двуокись углерода , угольный ангидрид , углекислота ) — CO 2 , бесцветный газ, без запаха, со слегка кисловатымвкусом.
Концентрация углекислого газа в атмосфере Земли составляет в среднем 0,038 %
Физические
Плотность при нормальных условиях 1,97 кг/м³. При атмосферном давлении диоксид углерода не существует в жидком состоянии, переходя непосредственно изтвёрдого 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 длярастений. 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 или при пониженном давлении разлагается, высвобождая углекислоту. В пищевых целях используется газ, образующийся при спиртовом брожении. После предварительной обработки газ закачивается в баллоны.
Так же 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. 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.
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 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 аргоне или гелии.
Углекислота в баллончиках применяется в пневматическом оружии и в качестве источника энергии для двигателей в авиамоделировании.
Твёрдая углекислота — сухой лёд — используется в ледниках. Жидкая углекислота используется в качестве хладагента и рабочего тела в теплоэнергетических установках (в холодильниках, морозильниках, солнечных электрогенераторах и т. д.).
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 CO 2 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.
Углекислый газ в атмосфере
Изменения концентрации атмосферной углекислоты (кривая Килинга). Измерения на обсерватории Мауна-Лоа.
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 полосысуши, наиболее покрытые растительностью, расположены на Земле асимметрично (в Южном полушарии в средних широтах находится океан).
Поэтому с марта по сентябрь вследствие фотосинтеза содержание СО 2 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 ископаемых топлив (угля, нефти, газа), заметно увеличивающееся в зимний сезон.
Углекислоту применяют с кислородом при угнетении деятельности дыхательного центра: при отравлениях летучими наркотиками, окисью углерода, сероводородом, при асфиксии (отсутствии дыхания) новорожденных и т. п.
В хирургической практике ее применяют во время наркоза и в последствии операции для стимулирования дыхания, для предупреждения ателектаза легких (спадения легочной ткани) и пневмоний (воспаления легких). Вдыхание углекислоты показано также при сосудистом коллапсе (резком падении артериального давления).
При резком ослаблении дыхания применение углекислоты должно производиться с осторожностью, так как в результате недостаточной вентиляции она может накопиться в организме в избыточном количестве. В этих случаях могут наблюдаться такие же осложнения, как при использовании углекислоты в больших концентрациях.
Жидкая углекислота, выпускаемая из баллона, помещенного вниз вентилем, попадая в условия комнатной температуры и обычного давления, быстро испаряется, при всем этом поглощается так много тепла, что она превращается в твердую белую снегообразную массу. Этим пользуются при замораживании тканей для гистологических срезов (образцов ткани для микроскопических исследований). Если смешать твердый угольный ангидрид с эфиром, то температура падает до - 80 °С.
Фармакологическое действие:
Углекислота постоянно образуется в тканях организма в процессе обмена веществ и играет важную роль в регуляции дыхания и кровообращения. Она оказывает прямое и рефлекторное (через каротидные клубочки) влияние на дыхательный центр и является его специфическим возбудителем.
Вдыхание небольших концентраций углекислоты (3-5-7%) вызывает учащение и углубление дыхательных движений и увеличение легочной вентиляции; одновременно возбуждаются сосудодвигательные центры, в связи с чем происходит сужение кровеносных сосудов и повышается артериальное давление.
Большие концентрации углекислоты вызывают сильный ацидоз (закисление), одышку, судороги и паралич (остановку) дыхательного центра.
Углекислота способ применения и дозы:
Для стимуляции дыхания и сосудодвигательного центра используют ингаляции 5-7% углекислоты с 93-95% кислорода.
“Углекислый снег” имеет применение при кожных заболеваниях (при красной волчанке, лепрозных узлах, бородавках и т. п.). При образовании “углекислого снега” его собирают в специальные мешочки, потом набивают в формочки из картона или стеклянные трубочки и прикладывают к участкам кожи, подлежащим разрушению. Имеются данные об эффективности замораживания очагов поражения кожи (криотерапия) при нейродермитах (заболеваниях кожи, обусловленных нарушением функции центральной нервной системы).
Напитки, содержащие в растворенном виде углекислоту (углекислые минеральные воды, газированные напитки), вызывают гиперемию (покраснение) слизистой оболочки и усиливают секреторную (выделение пищеварительного сока), всасывательную и двигательную активность желудочно-кишечного тракта.
Углекислота, содержащаяся в естественных минеральных водах, используемых для лечебных ванн (например, нарзанные ванны), может оказывать сложное влияние на организм, вызывая возникновение центростремительных импульсов с рецепторов кожи и появление рефлекторных изменений в деятельности сердечно-сосудистой системы и других органов, также изменение трофики (питания) тканей.
Углекислота противопоказания:
Резкое ослабление дыхания.
Одним из наиболее часто применяемых технических газов является углекислота. Еще этот газ называют диоксид углерода, углекислый газ, двуокись углерода и угольный ангидрид — CO2. Газ не имеет цвета, на вкус кисловат. Применяется в большинстве промышленных процессах, также в медицине, пищевой и газосварочной отрасли. Также он используется в огнетушителях и баллончиках пневматического оружия. Крупномасштабно углекислоту для промышленности получают при взаимодействии доломита или известняка и раствора карбоната калия. Для газированной воды и хлебобулочных изделий углекислоту получают путем спиртового брожения.
Углекислота не обладает токсичностью, но в сильных концентрациях опасна для человека. Углекислый газ в жидком состоянии при контакте с кислородом превращается отчасти в «сухой лед», а частично испаряется. При промышленном производстве технический газ закачивается в баллоны. Углекислый газ в жидком состоянии хранится под высоким давлением около 65—70 атмосфер.
Углекислота нашла также свое применение в качестве инертной среды при сварке проволокой. Для лучшей эффективности сварочных работ обычно применяют другие технические газы, особенно когда необходимо сваривать толстенные металлические детали. Но эти газы не могут покрыть упрощенное использование баллонов с двуокисью углерода вместе со сварочной установкой, простоту производства и дешевизну самого газа.
Принимая во внимание все плюсы, углекислота является оптимально востребованным газом для сварки. При малых объемах использования углекислого газа для сварочных работ применяют баллоны. В баллон объемом 40 л заливают 25 кг жидкой углекислоты, в результате испарения которой выделяется около 12 500 л газа.
Углекислота в баллонах хранится под давлением 5—6 МПа. Баллон должен быть оснащен редуктором, подогревателем и осушителем газа. Когда углекислый газ выходит из баллона, то он сильно охлаждается, что может привести к замерзанию паров воды, которые находятся в газе и последующей закупорке редуктора. Поэтому между редуктором и вентилем баллона нужно устанавливать специальный подогреватель газа. Проходя по трубке, газ подогревается электрическим элементом, который включен в сеть с напряжением 24 или 36 В. Влагу из углекислого газа убирают при помощи осушителя, который состоит из емкости, заполненной соединениями, отлично впитывающими воду. Осушители делятся на два вида: высокого давления (их устанавливают до редуктора) и низкого давления, устанавливаемые после редуктора.
Углекислота сварочная бывает высшего, первого и второго сорта, согласно ГОСТ 8050-85. Однако применение второго сорта должно осуществляться строго с осушителем газа. Следует отметить, что сваривая детали при помощи углекислоты, можно зрительно контролировать качество шва, располагать баллоны под любым углом, что дает точный результат.
В Инженерно-техническом центре «Геллиос » есть все виды углекислоты для выполнения сварочных работ. Наши специалисты проконсультируют вас более детально по всем вопросам и представят соответствующие документы качества . Мы производим снабжение предприятий и физических лиц много лет и готовы к длительному сотрудничеству с каждым новым клиентом.
