Как сделать кислород из углекислого газа
Добавил пользователь Alex Обновлено: 04.10.2024
Исследовали создали опытную установку объемом 2 литра, в ее основе лежат физико-химические процессы, связанные с пропусканием углекислого газа через галлий.
Результаты исследования опубликованы в научном журнале Advanced materials.
Благодаря новому решению можно будет в т.ч. сделать машины с двигателями внутреннего сгорания экологичным видом транспорта, который вместо углекислого газа выделяет в воздух только кислород.
Исследовали создали опытную установку объемом 2 литра, в ее основе лежат физико-химические процессы, связанные с пропусканием углекислого газа через галлий.
Галлий - легкий металл, температура плавления которого составляет порядка 30 °C.
Металл добавляют в виде наночастиц и в жидкой форме.
В составе также есть серебряные стержни нанометровых размеров.
Смесь активно перемешивают, и в результате происходят трибоэлектрохимические реакции - вещества в жидком состоянии из-за силы трения начинают активнее взаимодействовать с поверхностями твердых наполнителей.
В течение месяца, по словам ученых, установка стабильно производила 100 мл CO 2 в минуту.
На превращение 1 т CO2 в чистый кислород и твердый углерод потребовалось всего 230 кВт-ч электричества.
Установка работает с 92% эффективностью.
В результате ее работы углерод образуется в смеси в виде хлопьев и всплывает на поверхность, откуда его легко забрать.
Ученые говорят, что их реактор работает по принципу ускорителя частиц. Сперва молекулы CO2 в нем ионизируются, а затем ускоряются с помощью электромагнитного поля, после чего сталкиваются с золотой поверхность. В текущей форме установка обладает весьма низким КПД: на каждые 100 молекул CO2 она способна производить порядка одной-двух молекул молекулярного кислорода. Однако исследователи обращают внимание на то, что их реактор доказал, что данный концепт производства кислорода действительно возможен и в будущем может стать масштабируемым.
В будущем реактор может использоваться для производства кислорода для астронавтов, которые будут летать на Луну, Марс и за их пределы. На Земле подобная установка с учетом масштабов тоже может оказаться весьма полезной, ведь она сможет снижать концентрации диоксида углерода в атмосфере и перерабатывать их в кислород, тем самым помогая в борьбе с глобальными климатическими изменениями. Однако ученые отмечают, что для практической фазы их установка пока не готова.
Ученые из Школы химической инженерии Университета Квинсленда вместе с коллегами из университетов по всему миру нашли способ эффективно превратить углекислый газ в кислород и твердый углерод.
Новое решение может, например, превратить машины с двигателями внутреннего сгорания, в экологичный транспорт, который выделяет вместо углекислого газа чистый кислород.
Авторы использовали опытную установку объемом два литра — в ее основе лежат физико-химические процессы, связанные с пропусканием углекислого газа через галлий — это легкий металл, плавящийся при температуре около 30 °C. В смесь добавляют этот металл в жидкой форме, а также его наночастицы. Помимо этого, в составе есть серебряные стержни нанометровых размеров.
Далее, по словам авторов, смесь активно перемешивают, в результате образуются трибоэлектрохимические реакции — это когда вещества в жидком состоянии из-за силы трения начинают активнее взаимодействовать с поверхностями твердых наполнителей.
Исследователи заявляют, что их установка в течение месяца стабильно производила 100 мл CO2 ежеминутно. На превращения тонны CO2 в чистый кислород и твердый углерод потребовалось всего 230 кВт·ч электричества, это примерно $100.
Разработчики отмечают, что их установка работает с 92% эффективностью. По результатам ее работы углерод образуется в смеси в виде хлопьев и всплывает на поверхность, откуда его легко убрать.
В комментариях адепты зеленых бесов писают кипятком, предлагая срочно прикрутить данное прорывное изобретение к каждой выхлопной трубе и к каждой трубе ТЭЦ. Некоторые идут еще дальше, предлагая вновь сжигать полученный углерод в герметичной печи, сделав таким образом замкнутый по углероду цикл!
Постойте, - скажет читатель, знакомый с понятием закона сохранения энергии, и не очарованный волшебными словами "нано", "катализатор" и "трибоэлектрохимия" - Но как же так?
Может, очередной косяк восторженных журноламеров? А вот и нет! По ссылке - отчет об исследовании на языке оригинала.
The technology presented in this paper can capture and
convert CO2 to solid carbonaceous materials and O2 at the price of less than $50 per tonne of
CO2 (energy of ~230 kW∙h per tonne) at the USA energy average prices in 2021. This excludes
the initial cost of the materials and includes the operation costs. Considering its low operation
cost and the formation of solid by-product, it can offer a viable solution for capture and
conversion of CO2 at large scales and the storage of the by-products.
Как удалось получить кислород?
Перед отправкой на Марс, робот Perseverance снабдили семью научными разработками, направленными на изучение планеты, но сейчас все внимание направлено на девайс под названием MOXIE.
Теперь мы можем дышать кислородом, созданным на Марсе?
Не совсем. Дело в том, что сам MOXIE является экспериментальным прототипом размером с тостер, встроенным в Perseverance, а не полноценной отдельной системой. Конкретно этот аппарат не сможет выработать достаточно кислорода для длительной миссии: за год работы на поверхности Марса четырем астронавтам понадобится примерно 1 т кислорода, а в свой первый заход MOXIE произвел, даже по мнению NASA, довольно скромную массу — около 5 г, чего хватит на 10 минут дыхания одного человека. Но нынешний прототип и не рассчитан на большие объемы, главная цель ученых — посмотреть, справится ли он с основным техзаданием, а именно — минимум десять раз произвести около 6 г кислорода 98%-чистоты за час.
Первый запуск прошел вполне успешно, но дальше MOXIE ждут более сложные задачи. Поскольку в будущем полноценной системе придется работать при любых погодных условиях Марса, следующие девять тестовых циклов MOXIE пройдут в разное время суток, различных температурных режимах и, если удастся, даже во время пылевых бурь, которые могут быть очень опасны не только для будущих астронавтов, но и для роботов: в 2019 году из-за гигантской бури марсоход Opportunity перестал выходить на связь, и NASA была вынуждена завершить миссию.
Что это даст космическим экспедициям?
Поэтому успех маленького MOXIE показал ученым самое главное — технология работает, а значит пилотируемая экспедиция NASA на Марс к 2030 году становится все более реальной. Разработки нового прототипа уже ведутся, и в ближайшем будущем обновленный MOXIE будет почти как сам Perseverance — весом около 1 т, размером чуть больше бытовой печки, а вырабатывать аппарат станет уже тонны кислорода.
Существуют другие способы получить кислород на Марсе?
Альтернативные подходы есть — например, ученые из Государственного исследовательского университета Северной Каролины предполагают, что кислород можно будет получать из растений, выращенных непосредственно на Марсе. Уже ведутся работы по созданию таких растений, которые смогут выжить в условиях Красной планеты. В основе лежит идея совместить особенности микроорганизмов экстремофилов, которые могут жить в самых неблагоприятных условиях на Земле, с растениями. Для этого используется техника генетического разделения — необходимые гены отделяются от экстремофилов и внедряются в растения. Но даже такие гибриды невозможно посадить в саму почву Марса, но предположительно, удастся вырастить в теплице на марсианской базе, хотя и там условия все равно будут далеки от земных. Если эксперимент пройдет успешно, и гибриды приживутся на Марсе, они смогут обеспечить астронавтов кислородом, едой и даже лекарствами.
Другой возможный способ получения кислорода на Марсе придумали ученые из Университета Вашингтона в Сент-Луисе: профессор Виджей Рамани и его команда предлагают использовать для этого соленые озера под поверхностью Марса. В 2020 году сеть соленых озер была обнаружена под ледниками на Южном полюсе планеты — из-за высокой концентрации соли снижается точка замерзания, и вода может находиться в жидкой форме. Методика, над которой работает Рамани, предполагает забор воды из таких озер и ее электролиз — разделение на водород и кислород. Ученые рассчитывают, что через 10-15 лет их разработки могут дополнить MOXIE и другие системы переработки ресурсов.
Читайте также: