Как получить углекислый газ из воздуха Как получить углекислый газ

Учёные разработали новый способ поглощения углекислого газа (CO2) из воздуха и его последующего хранения в морской воде, сообщает BBC.

Во время испытаний новый гибридный поглощающий материал смог впитать в три раза больше CO2, чем те, которые используются сейчас. По мнению учёных, новый метод позволит ускорить внедрение технологии по снижению содержания углекислого газа в воздухе. Это должно упростить борьбу с глобальным потеплением.

“Новый подход с использованием легкодоступных смол и других химических веществ обещает быть гораздо более эффективным при более низкой себестоимости”, – отметили авторы исследования.

Группа учёных позаимствовала уже существующий метод, используемый для очистки воды. Используемый для этого материал приспособили к поглощению углекислого газа из воздуха. Хранение собранного газа под землёй или в море в бывших нефтяных скважинах уже широко применяется. Однако новый метод предполагает, что благодаря добавлению некоторых химических веществ поглощённый CO2 можно будет преобразовать в бикарбонат натрия (то есть обычную соду) и безопасно хранить в морской воде.

Впрочем, некоторые специалисты не хотят слишком сильно полагаться на новые технологии по поглощению углекислого газа. Они считают, что это может побудить правительства и частные компании прилагать меньше усилий по сокращению выбросов. Но поскольку температурные пороги, предусмотренные Парижским климатическим соглашением, уже под угрозой превышения из-за роста выбросов, многие другие учёные выступают за скорейшее внедрение технологий по очистке воздуха. Они указывают, что только новые научные методы в сочетании с массовым сокращением выбросов позволят избежать опасного изменения климата.

Топливный элемент вырабатывает электрическое напряжение путем окисления восстановительного топлива (например, дигидрогена) и восстановления окислителя, например, кислорода из воздуха. Он состоит из двух биполярных пластин (одна распределяет водород, другая — кислород), двух электродов и ионообменной мембраны (которая выступает в качестве электролита). Кроме того, окисление обычно катализируется платиной. Но этот металл редкий и дорогой, поэтому ученые ищут альтернативы.

В отличие от традиционных батарей, электролит которых является кислым (ионы H+), топливные элементы с гидроксидообменной мембраной (HEM) имеют щелочную среду, что позволяет использовать более экономичные катализаторы и биполярные пластины. Однако на их работу в значительной степени влияет окружающий CO2, который препятствует оптимальной работе батареи. По словам исследователей, эта проблема приводит к падению производительности до 20%. Профессор Юшань Ян и его команда из Центра каталитической науки и технологий в Университете Делавэра поняли, что этот недостаток на самом деле может служить для удаления углекислого газа из воздуха.

Инновационная технология разделения

Улавливание CO2 из воздуха с помощью устройства, работающего на водороде, может привести не только к разработке более экологичных топливных элементов, но и потенциально помочь в борьбе с глобальным потеплением. “Мы поняли, что топливные элементы захватывают почти весь углекислый газ из воздуха, который в них попадает, и очень эффективно отделяют его с другой стороны”, — объясняет в своем заявлении Брайан Сетцлер, доцент кафедры химических и биомолекулярных инженерных исследований и соавтор научной статьи.

Это явление влияет на работу батареи, но команда поняла, что, таким образом, она может служить сепаратором углекислого газа — другими словами, батарея будет эффективно извлекать CO2 из воздуха. “Оказалось, что наш подход очень эффективен. Мы можем улавливать 99% углекислого газа из воздуха за один проход, если у нас будет правильная конструкция и конфигурация”, — сказал Ян.

Чтобы достичь такого высокого уровня эффективности, они интегрировали в электрохимическую систему короткозамкнутую мембрану, которая проводит как анионы (CO32-), так и электроны. Устройство работает на водороде, как топливный элемент, но не требует электрических проводов, биполярных пластин или токоприемников, и поэтому может модулироваться, как обычная разделительная мембрана, объясняет команда в журнале Nature Energy.

Высокоэффективное и экономичное устройство

Интеграция проводов устройства непосредственно в мембрану позволила создать более компактный, самонаматывающийся модуль – и, таким образом, увеличить площадь поверхности обмена при ограничении объема. Такая структура также позволяет частицам углекислого газа легче перемещаться с одной стороны на другую, поэтому модуль способен фильтровать большие объемы воздуха за один раз.

Результаты показывают, что электрохимическая ячейка с короткозамкнутой мембраной площадью 25 см² может удалять более 99% CO2 из воздуха со скоростью потока 2000 см³/мин в течение 450 часов и может эффективно работать в условиях динамической нагрузки. Ранний прототип устройства, размером с банку газировки, был признан способным фильтровать 10 литров воздуха в минуту, удаляя при этом более 98% углекислого газа, добавили исследователи. Для автомобильного применения устройство будет размером с галлон молока (около 3,7 литра), сказал Сетцлер.

Таким образом, эта инновационная система представляется одновременно эффективной и экономически выгодной для применения в топливных элементах. Кроме того, уменьшение количества необходимых компонентов приводит к значительному снижению затрат и, прежде всего, позволяет предусмотреть быстрый выход на рынок. “Наш технико-экономический анализ показывает, что компактный модуль, способный удалять более 99% CO2, стоит 112 долларов США для ячейки HEM мощностью 80 кВт”, — говорят авторы исследования.

Конечно, такое устройство может быть использовано для удаления углекислого газа и в других контекстах. Например, команда упоминает о возможности установки на борту космических кораблей или подводных лодок, где необходима непрерывная фильтрация воздуха. Его также можно использовать в самолетах и зданиях, где рециркуляция воздуха является одной из мер по энергосбережению.

Нужно удалить углерод прямо из атмосферы, чтобы потом его утилизировать или переработать. Новая технология поможет в борьбе с глобальным потеплением, и в неё уже вкладываются нефтяные компании.

Вентилятор помогает ощутить прохладу в жаркий день. Может ли он сдержать глобальное потепление?

Крупные мировые компании, которые занимаются ископаемым топливом, готовы это проверить: Chevron, Occidental Petroleum и австралийский горнодобывающий гигант BHP в этом году инвестировали в Carbon Engineering.

Канадский стартап утверждает, что практически нашёл решение проблемы глобального потепления. Прорыв — в удалении углерода прямо из атмосферы.

В рамках эксперимента в Сквамише, старом лесопромышленном городке примерно в 30 милях к северу от Ванкувера, компания использует огромный вентилятор для захвата большого количества воздуха в аппарат, предназначенный для извлечения углекислого газа. Затем газ может быть захоронен или переработан в полностью сгораемое, хотя и достаточно дорогое, синтетическое топливо.

Вентилятор для захвата воздуха Алана Патерсон для The New York Times

Забота об экологии

Инвестициями в Carbon Engineering и поддержкой других инициатив по сокращению выбросов углерода занимаются компании, которые работают на ископаемом топливе. Им это необходимо, чтобы оставаться в тренде и с прибылью, несмотря на глобальное потепление.

Электромобили, солнечная энергия и энергия ветра становятся всё более доступными, а это заставляет топ-менеджеров признавать, что продолжать работать по-старому — значит ставить компанию под угрозу разорения.

Уже сейчас компании, работающие на ископаемом топливе, сталкиваются со шквалом судебных исков, контролем от инвесторов и законами, подталкивающими их к инвестициям в экологически чистую энергетику.

Инициативные группы оказывают давление на компании и законодательные органы власти. Они требуют прекращения добычи нефти и газа методом гидравлического разрыва пласта и ведут активную борьбу с трубопроводами, с помощью которых транспортируют сырьё из нефтеносных песков Канады.

Речь идёт о признании факта, что изменение климата создаёт значительные риски для всех секторов экономики. Изменение климата больше не рассматривается как второстепенная проблема. Это риск для бизнеса, который требует реакции.

Фиона Уайлд, вице-президент BHP по вопросам устойчивого развития и изменения климата — о шестимиллионных инвестициях компании в Carbon Engineering

Конечно, крупные энергетические компании продолжают добычу нефти и газа, подталкивая правительства США и других стран открывать всё больше новых территорий для разведки.

Однако некоторые компании уже сигнализируют об изменениях. Так, несколько компаний, в том числе Royal Dutch Shell и BP, принимают меры по сокращению выбросов. Норвежская нефтяная компания Equinor планирует к 2030 году увеличить расходы на экологически чистую энергетику с текущих 5% капиталовложений до 15–20%.

Carbon Engineering

Пилотный проект компании Carbon Engineering — один из нескольких существующих в мире проектов по «прямому захвату углерода». Это всё ещё небольшая инициатива, но она может сыграть немаловажную роль в замедлении изменений климата.

Carbon Engineering — инициатива, которая может сыграть немаловажную роль в решении проблемы глобального потепления Алана Патерсон для The New York Times

Большая часть работ проводится на старом промышленном складе из гофрированного металла, украшенного выцветшими граффити. Когда-то сооружение использовалось компанией, которая производила химикаты для целлюлозной промышленности.

Офис — чистая импровизация с туалетами на улице. Пока углерод не извлекается из атмосферы постоянно: компания всё ещё работает в тестовом режиме.

Шон Макгилп, оператор на заводе Carbon Engineering Алана Патерсон для The New York Times

Chevron и Occidental, занявшие кресла в совете директоров Carbon Engineering, отказались раскрывать размер своих инвестиций. Стартап утверждает, что собрал в общей сложности $68 млн в своём последнем раунде финансирования. Деньги ушли на расширение пилотного проекта и разработку первого коммерческого завода.

Критики от компаний, работающих на ископаемом топливе, говорят, что такие инвестиции слишком скромны, чтобы быть чем-то большим, чем просто PR-ходом.

Для этих ребят это мелочи.

Дэн Беккер, директор кампании Safe Climate, экологической организации в Вашингтоне

Но другие эксперты не согласны.

Это может быть «зелёный камуфляж» (или гринвошинг — маркетинговый ход, используемый сомнительными компаниями для создания имиджа экологически-ориентированной компании с целью увеличения продаж), но что с того? Если деньги тратятся на исследования и разработки способов улавливания углерода из атмосферы — это хорошо.

Дитер Хелм, профессор энергетической политики в университете Оксфорда и автор книги «Выгорание: Эндшпиль ископаемого топлива» (“Burn Out: the Endgame for Fossil Fuels”)

Руководители Carbon Engineering заявили, что они приветствуют инвестиции компаний, работающих на ископаемом топливе, не только за вкладываемые ими средства, но и за инженерную помощь и лоббирование.

Сначала компании хотели лишь показать, какие они «зелёные», а теперь вы видите реальные действия.

Стив Олдхэм, исполнительный директор Carbon Engineering

Как это работает

Carbon Engineering заявила, что на коммерческих заводах будут стоять огромные вентиляторы диаметром в 10 метров, чтобы собирать воздух и пропускать его через сложный химический процесс.

Удаление углекислого газа из воздуха с использованием технологии прямого захвата воздуха

Это одна из нескольких компаний в мире, работающих с подобной технологией. Каждая такая установка могла бы в конечном итоге ежегодно удалять из атмосферы количество углекислого газа, сопоставимое с результатом работы 40 миллионов деревьев.

Диоксид углерода может быть переработан в топливо или захоронен для утилизации. Захоронение безвредно, если углерод не просочится обратно в атмосферу.

Синтетическое топливо

Выделенный углекислый газ также будут смешивать с водородом, извлекаемым из воды, и получать синтетическое топливо. Оно будет переработано в бензин, дизельное или реактивное топливо. Энергия, необходимая для производства водорода, будет поступать от ветровых турбин и солнечных батарей.

Синтетическое топливо будет дороже обычного бензина. По данным Carbon Engineering, себестоимость производства может составить около $4 за галлон (3,7 литра). Это выше, чем средняя розничная цена в США — около $2,70 за галлон. Несмотря на высокую стоимость, предложение будет актуальным для Индии и Японии, которые тратят десятки миллиардов долларов на импорт нефти.

В Carbon Engineering заявляют, что синтетическое топливо может использоваться в стандартных двигателях автомобилей, грузовиков и самолётов и будет меньше загрязнять воздух. При сжигании топлива Carbon Engineering будет выделяться углекислый газ, но это не приведёт к значительному увеличению парниковых газов в атмосфере, так как в процессе будет перерабатываться углерод, уже находившийся в воздухе.

Чего хотят инвесторы

Одним из первых инвесторов в Carbon Engineering стал Билл Гейтс, соучредитель Microsoft, а также Н. Мюррей Эдвардс ­­— исполнительный председатель Canadian Natural Resources, крупного производителя нефтеносных песков, тяжёлой нефти, которая известна большим количеством выбросов углерода.

Нефтяные и газовые компании должны задуматься о своём будущем. Они знают, что когда-нибудь состав энергетического комплекса будет другим. И мотивов для этих инвестиций предостаточно.

Майкл Веббер, профессор энергетики в Техасском университете в Остине

Occidental хочет получать регулярные поставки углекислого газа. Его можно будет использовать для закачки в нефтяные месторождения. Газ повысит давление в скважине, количество добытой нефти увеличится.

Компания уже использует углерод, который был найден в естественных подземных месторождениях, но это не приносит большую пользу для окружающей среды.

Утилизируя углерод из атмосферы, она надеется захоронить столько углерода, сколько выделяет топливо, или даже больше. Дополнительная выгода для компании — налоговые льготы за сокращение выбросов углекислого газа.

Каждая нефтяная компания должна стремиться к нулевому выбросу углерода. Мы думаем, что можем показать отрицательный уровень эмиссии углерода. Решение вопроса изменения климата — поворотный момент для отрасли.

Вики Холлуб, исполнительный директор компании Occidental

Chevron также стремится удовлетворить одну из своих потребностей. Закон штата Калифорния требует, чтобы нефтеперерабатывающие заводы и другие дистрибьюторы постепенно снижали выброс углерода для своего топлива.

Компания, которая базируется в городе Сан-Рамон, в штате Калифорния, имеет два больших нефтеперерабатывающих завода в штате, и они могли бы использовать синтетическое топливо.

Синтетическое топливо из углерода, который был извлечён из атмосферы Алана Патерсон для The New York Times

У нас есть потребность в низкоуглеродном топливе — миру все же необходимо топливо для транспорта, в то время как общественность выступает за сокращение выбросов углерода. И это один из вариантов выхода из этой ситуации.

Барбара Бергер, президент Chevron Technology Ventures

Перспективы Carbon Engineering

Для воплощения амбициозных идей компании Carbon Engineering потребуются значительные инвестиции.

Одна из установок по улавливанию и хранению диоксида углерода будет ежегодно удалять из атмосферы 1 млн тонн углекислого газа — это небольшая доля от более чем 33 миллиардов тонн, которые человечество выбрасывает в год.

Технологический процесс будет стоить примерно $100 за тонну. Это может быть частично компенсировано увеличением добычи нефти, которое может обеспечить углерод. Его также можно использовать для производства цемента и других строительных материалов.

Часть машинного оборудования Carbon Engineering Алана Патерсон для The New York Times

У синтетического топлива могут быть проблемы с выходом на рынок из-за его стоимости.

Дэвид Кит, инженер, прикладной физик из Гарварда, который основал компанию Carbon Engineering и находится в составе правления, утверждает, что синтетическое топливо будет скорее необходимо для грузовиков, кораблей и самолётов, в то время как автомобили и другие более мелкие транспортные средства перейдут в будущем на аккумуляторы.

«Мы не сможем победить добычу нефти в условиях прямой конкуренции без дополнительных регулирований» ,— сказал Кит, имея в виду налоги на выбросы углерода и другие природоохранные нормы.

Однако в случае глобальной климатической чрезвычайной ситуации правительствам, вероятно, придётся вмешаться, чтобы ускорить удаление углерода из атмосферы. Для улавливания и поглощения необходимого количества углерода потребуются триллионы долларов.

Если есть существенная политическая воля для серьёзного сокращения выбросов, тогда я думаю, что в ближайшее десятилетие или два мы увидим распространение этой технологии.

Специалисты канадской компании Carbon Engineering разработали метод, позволяющий добывать углекислый газ напрямую из атмосферы с помощью цикла химических реакций. По словам создателей технологии, ее отличительная черта — невысокие расходы по сравнению с другими методами. Описание процесса опубликовано в журнале Joule.

Углекислый газ, полученный с помощью новой технологии, сможет стать основой топлива. Сегодня существуют несколько методов получения топлива из CO2: для этого используют особые мембраны, позволяющие разделить кислород и угарный газ, а также специально разработанные катализаторы.

Метод, предложенный канадскими инженерами — не первый в этой области, есть немало способов получения CO2 из атмосферы. Однако большинство этих технологий обходятся дорого: по разным оценкам, стоимость получения тонны газа может составлять от 600 долларов до тысячи. Представители Carbon Engineering говорят, что газ, полученный по их технологии, будет стоить от 94 до 232 долларов за тонну.

Авторы нового метода предлагают собирать воздух, насыщенный углекислым газом, с помощью особых конструкций, напоминающих современные градирни (охладительные башни). Воздух закачивается внутрь с помощью вентиляторов и взаимодействует с щелочным раствором. Полученную жидкость замораживают, а затем постепенно нагревают, доводя до консистенции густой суспензии. Вещество проходит цикл химических реакций, взаимодействуя с гашеной известью, затем выделяется углекислый газ. Его можно использовать в производстве бензина и дизельного топлива.

По словам инженеров, с учетом всех издержек такое топливо будет дороже привычного бензина. При этом его производители все равно смогут конкурировать с предприятиями, получающими топливо стандартными методами: в цену «обычного» бензина заложены высокие экологические налоги, и их объем постоянно растет. Carbon Engineering уже испытала технологию на небольшом предприятии в Британской Колумбии. Если компании удастся найти спонсоров, инженеры планируют построить крупный завод для получения CO2 по новой технологии не позднее 2021 года.

Лучшие посты за сегодня

В Канаде тестируют новую технологию удаления углекислого газа из атмосферы. Система Carbon Engineering создана для очистки воздуха в любом уголке земли, независимо от близости источников загрязнения. Насколько эффективен такой подход? И сколько нужно установок, чтобы остановить глобальное потепление?

На сегодня в мире насчитывается всего около 20 установок, которые улавливают углекислый газ (CO2) в промышленных масштабах. И все они расположены непосредственно на выходе из дымовых труб предприятий. Пока это, конечно, капля в море, но с развитием отрасли количество таких фильтрующих систем будет увеличиваться. А вот что делать с углеродом, который уже вырвался наружу? На сегодня концентрация CO2 в атмосфере составляет 0,04%, и этот показатель растет. Глобальные выбросы углекислого газа достигли 36 гигатонн в год, а средняя мировая температура повысилась уже на 1°С. Напомним, согласно Парижскому соглашению по климату, мировое сообщество должно сделать все возможное, чтобы удержать потепление в пределах 1,5°С до конца 21 века.

В противном случае планете грозят катастрофические последствия: затопление городов, вымирание видов, засуха и другие природные катаклизмы.

Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК) предупредила, что для достижения поставленных целей перехода к углеродно-нейтральному обществу уже недостаточно, надо срочно внедрять технологии прямого улавливания CO2 из воздуха.

«Текущие модели предполагают, что нам нужно будет удалять 10 гигатонн CO2 в год к 2050 году, а к концу века это количество должно удвоиться до 20 гигатонн. Прямо сейчас мы практически ничего не удаляем. Поэтому придется масштабироваться с нуля», — говорит Джейн Зеликова, известный ученый-климатолог из Университета Вайоминга.

Пилотный завод Carbon Engineering в Британской Колумбии

Одна из первых в мире промышленных установок для прямого улавливания CO2 из воздуха появилась в городе Сквамиш Британской Колумбии (Канада). Это ноу-хау компании Carbon Engineering. Система мощных вентиляторов засасывает воздух и прогоняет его через фильтр, залитый гидроксидом калия. Углекислый газ поглощается этим раствором, попадает во вторую камеру и смешивается с гидроксидом кальция (строительная известь). Известь удерживает растворенный CO2, образуя небольшие чешуйки известняка. Эти частицы отсеиваются и нагреваются в третьей камере до тех пор, пока не разложатся с выделением чистого углекислого газа, который улавливается и отправляется на хранение.

Завод в Сквамише создан как испытательный стенд для тестирования различных технологических процессов. В ближайшее время компания приступит к строительству гораздо более крупного завода на нефтяных месторождениях западного Техаса, который будет ежегодно улавливать 1 миллион тонн CO2. Для сравнения, столько же поглощают 40 миллионов деревьев.

«Как только первый завод готов, это как модель формочки для печенья. Дальше вы просто создаете точные копии этого предприятия в любом месте», — говорит исполнительный директор Carbon Engineering Стив Олдхэм. Тем не менее он признает, что масштаб предстоящей задачи головокружителен. «Нам нужно вывести из атмосферы 800 гигатонн CO2. И это не произойдет в одночасье», — предупредил Олдхэм.

В компании утверждают, что их технология достаточно бюджетна: сбор одной тонны CO2 обходится примерно в 100 долларов США. При этом заводы работают на возобновляемой энергии или природном газе и не производят никаких собственных выбросов.

Проект завода Carbon Engineering в западном Техасе

Еще один завод по улавливанию и хранению углекислого газа строится в геотермальном парке Hellisheidi в Исландии. Он будет работать на возобновляемой энергии, а собранный газ закачивать в собственное подземное хранилище. Предприятие сможет фильтровать до 4-х миллионов тонн CO2 ежегодно и станет крупнейшим в мире объектом, способствующим улучшению климата. Запуск намечен на лето 2021 года.

Строительство завода Orca, геотермальный парк Hellisheidi, Исландия, март 2021 г

Правда, есть у этой технологии и недостатки. Чтобы успевать фильтровать все 36 гигатонн CO2 в год, нужно около 30 000 заводов, то есть более трех на каждую угольную электростанцию, работающую сегодня в мире. Каждый завод обойдется в 500 млн долларов, а общая стоимость строительства составит почти 15 трлн долларов. Для сравнения годовой бюджет США на 2021 год — 4,8 трлн долларов. К тому же для бесперебойной работы систем потребуется около 14 млн тонн гидроксида калия, что в 5,4 раз превышает годовые поставки этого вещества во всем мире.

Одним словом, деньги потребуются немалые. Но зато в результате прямого улавливания воздуха можно получить ценный продукт — тысячи тонн сжатого CO2. Одним из крупнейших его потребителей является сектор добычи природных ископаемых. В частности, нефтяная отрасль. Углекислый газ закачивается под землю и создает нужное давление, повышая нефтеотдачу. Также отфильтрованный газ можно комбинировать с водородом и получать синтетическое углеродно-нейтральное топливо.

Еще одна перспективная сфера применения — улучшение роста овощей и зелени. Яркий пример — известная голландская компания по переработке отходов в энергию AVR, которая недавно модернизировала один из своих заводов в Дэйвене, установив специальное оборудование для улавливания CO2 из выбросов. Углекислый газ сжимается до жидкого состояния и цистернами отправляется в ближайшую теплицу. Раньше для этих целей приходилось сжигать природный газ. За месяц объемы выбросов парниковых газов удалось сократить на 7,5 тысяч тонн.

Цистерна с жидким CO2 едет с завода AVR Duiven в теплицу

Альтернативой «прямому захвату» газа могло бы стать восстановление торфяников или высадка лесов, которые, как известно, поглощают углекислый газ. Но это весьма длительный процесс, к тому же требующий огромных земельных участков, по некоторым оценкам, размером с Соединенные Штаты. При этом эффект от высадки растений недолговечен, поскольку они рано или поздно погибают, высвобождая накопленный углерод. Единственный вариант — их вовремя вырубать и утилизировать в закрытых системах.

Интересный проект недавно представил ученый из Аризонского университета Клаус Лакнер. Он изобрел «механическое дерево», которое чистит воздух от CO2 подобно своим живым аналогам. Фильтруя потоки ветра, оно улавливает молекулы углерода и отправляет в специальное хранилище. И все происходит без механического всасывания воздуха, а значит без энергоемких устройств. По словам разработчика, это наиболее дешевый способ улавливания CO2 — менее $100 за тонну. Стартап уже нашел инвестора, и в ближайшее время на просторах Аризоны «вырастут» 1200 новых «деревьев». Они смогут улавливать 36 000 тонн углекислого газа в год, что соответствует выбросам почти 8 000 автомобилей.

«Механическое дерево» Клауса Лакнера

К делу глобальной декарбонизации планеты уже подключились крупнейшие корпорации. Microsoft , United Airlines и ExxonMobil инвестировали в эту область миллиарды долларов. 100 миллионов долларов пообещал выделить Илон Маск. А созданный в конце 2020 года Инновационный фонд ЕС направит на проекты, связанные в том числе с улавливанием и хранением углерода, 1 млрд евро. Сейчас идет конкурс заявок.

Кстати, в шорт-лист уже попали два амбициозных проекта в сфере waste-to-energy — Fortum Oslo Varme в Норвегии и Amager Bakke в Дании. Оба завода по переработке отходов в энергию намерены свести свой углеродный след практически к нулю. И если финансирование будет одобрено, новые установки снизят выбросы CO2 в общей сложности на 900 000 тонн ежегодно. А Копенгаген сделает важнейший шаг к амбициозной цели — стать первой столицей в мире с нулевым выбросом углерода.

По материалам: bbc.com, , carbonbrief.org

Проверяем с прибором как дышится на улице, в общественном транспорте, офисе, однушке, включая кухню, и в салоне автомобиля с закрытой заслонкой. В последнем случае шанс умереть отнюдь не призрачный, а вполне реальный, и его можно легко вычислить.

В чем проблема

Вдыхаем кислород, выдыхаем углекислый газ. В выдохе его примерно 4,5%, в то время как в окружающем пространстве должно быть около 0,04%. Исследованиями доказано, что даже при достаточном количестве кислорода увеличение доли углекислого газа приводит к появлению головной боли, сонливости, сложности с концентрацией внимания, а при высоком содержании (0,5% и выше) к потере сознания.

В чем измеряется и сколько должно быть

Из-за малых величин концентрацию CO2 обычно выражают в количестве частей на миллион (ppm), что эквивалентно десятитысячным долям процента.

Ниже наименее пугающая картинка из интернета, которая расскажет как повышенная концентрация углекислого газа сказывается на самочувствии. Цифры на шкале — те самые ppm.

Важный вопрос – сколько может “надышать” человек? В интернете мне удалось найти такую цифру: за один час в закрытом помещении 20 м2 один человек поднимет уровень СО2 на 50 ppm. По моим собственным наблюдениям это вполне похоже не правду.

Ну а теперь к методике и замерам.

Все измерения проводились недорогим комнатным прибором HT-501, обзор которого я постил вот тут.

В нем установлен датчик CO2 шведской компании SenseAir. Приборчик может сохранять статистику с заданным интервалом и потом выгружать ее в специальную прогу на ПК. Делая замеры я просто носил прибор в руке или открытой сумке и потом изучал полученные данные.

Сами замеры производились в феврале.

Замеры на улице

В мегаполисе (Москве), если не подходить к дорогам с интенсивным движением, прибор показывает значения в пределах 400-450 ppm. В центре города на тротуарах оживленных улиц показатели могут подняться до 620 ppm.

Замеры в офисе

В нашем просторном опенспейсе с хорошей вентиляцией воздух был примерно как на улице — 450-500 ppm. Но в какой-то из дней вентиляция дала сбой, и типичным значением CO2 стало 950 ppm. Причем к вечеру оно поднималось до 1200 ppm.

Из личных ощущений: как только показатели уходили за 1100 ppm, у окружающих возникало коллективное желание проветрить. После короткого проветривания показатели опускались до 850 ppm.

Замеры в однушке

Если регулярно не проветривать, типичный уровень углекислого газа в квартире 28 м2 и потолками 2,5 м при нахождении в ней двух взрослых колеблется от 800 до 1300 ppm в зависимости от забортной температуры. И чем холоднее на улице, тем лучше начинает работать вентиляция (это в моем доме так, в других может быть по-другому).

Кухня 5,5 м2 с газовой плитой

Кухня — самое интересное место в плане замеров. При закрытой двери одна включенная в полсилы конфорка (на фото ниже) за 15 минут нагоняет более 2300 ppm (вентиляция при этом тянет исправно).

Тот же самый эксперимент, но с открытой дверью и выставленным на зимнее проветривание окном, дает за этот же промежуток времени цифру в 1600 ppm. Ну а если с закрытой дверью и две конфорки — через 15 минут будет 2700 ppm на столе и 3300 ppm на уровне головы в центре помещения.

Комната 15 м2

С закрытой дверью и закрытыми пластиковыми окнами двое взрослых и один ребенок за восемь часов сна поднимают уровень CO2 с 1000 до 2100 ppm. Если оставить окно на зимнее проветривание (щель), то уровень будет стабилизироваться примерно на 1350 ppm. Все то же, но с открытой дверью — 900-1200 ppm.

Почему открытие на зимнее проветривание дает такой заметный эффект? Просто воздух начинает протягиваться из щели окна через комнату и в вентиляцию. Если закрыть щель, комната становится полностью изолированным помещением.

Просто для справки: как себя чувствуешь, когда проснулся, а на датчике 2800 ppm? Духота, жара, тяжелая голова как с похмелья, хочется поскорее выйти на улицу или постоять, подышать у открытого окна.

Замеры в московском метро

Вообще в метро душновато. На станциях и переходах показатели колебались в пределах 750-1250 ppm. Причем день ото дня показатели менялись. В полупустом вагоне “Оки” (все сидячие заняты и немного стоячих) датчик фиксировал примерно 1300 ppm. А в час пик там начинался ад.

Когда люди набивались как селедка в бочку, датчик на уровне пояса стабильно фиксировал 1850 ppm. Поднять его на уровень головы и сделать замеры было уже невозможно. Думаю, он бы зашкаливал, поскольку все вокруг выдыхают именно в верхнее пространство.

Ощущение от нахождения в таких условиях: легкое головокружение, учащенное дыхание и огромное желание выйти и подышать немного. Как люди так катаются каждый день — не представляю.

В подмосковной электричке

В забитом тамбуре гуляют сквозняки, однако уровень CO2 находится примерно на отметке 1400 ppm. В самом вагоне ситуация хуже. При полностью занятых сидячих местах, но в отсутствии стоячих пассажиров, уровень углекислоты составил 2200 ppm.

Выводы: кто виноват и что делать

Эта часть специально для тех, кто начал читать отсюда.

Начнем с общественного транспорта. В нем практически везде душновато, за исключением, пожалуй, маршруток с высокими потолками, где еще можно увидеть приемлемый уровень в 700 ppm.

Очень туго в метро в час пик и ничуть не лучше в электричках. Там зашкаливает даже когда есть сидячие места.

В офисах раз на раз не приходится. И примерно у половины населения опенспейсов возникает желание проветрить, когда уровень начинает превышать 1100 ppm.

В квартире этот уровень воспринимается по-другому, и проветрить хочется когда на датчике более 1300-1400 ppm. И главный совет всем владельцам пластиковых окон — проветривайте почаще, а лучше всегда оставляйте открытой щель зимнего проветривания (это когда ручка повернута градусов на 20 от вертикали).

Это зимой. А летом окна лучше держать открытыми.

Из прочего, самый ад — на кухне с газовыми плитами. Если включена вполсилы пара конфорок и закрыты окна и двери, то через 15 минут на уровне головы будет 3500 ppm. И это при хорошо работающей вентиляции.

Отдельный привет любителям поспать в машине с закрытыми окнами. Очень велик шанс не проснуться. То же можно сказать и про ситуацию, когда вы забыли открыть заслонку забортного воздуха после обгона чадящего грузовика. Показатели в салоне начинают шкалить очень быстро.

Углекислый газ не является редким и получают его как побочный продукт, что положительно сказывается на его стоимости. Поэтому он является самым дешевым газом, применяемым для защиты, металла сварного шва в процессе сварки. Кратко о способах производства углекислоты говорилось в статье о свойствах углекислого газа и теперь настало время рассмотреть их более подробно.

В промышленном масштабе углекислый газ получают следующими способами:

• из известняка, в котором содержится до 40% СО2, кокса или антрацита до 18% CO2 путем их обжига в специальных печах;
• на установках, работающих по сернокислому методу за счет реакций взаимодействия серной кислоты с эмульсией мела;
• из газов, образующихся при брожении спирта, пива, расщепления жиров;
• из дымовых газов промышленных котельных, сжигающих уголь, природный газ и другое топливо. Дымовой газ содержит 12-20% СО2;
• из отходящих газов химических производств, в первую очередь синтетического аммиака и метанола. Отходящие газы содержат примерно 90% СО2.

На данный момент наиболее распространенным способом производства углекислоты является – получение из газов при брожении.

Получение углекислого газа из газов при брожении

Отходящий газ при брожении представляет собой почти чистый углекислый газ и является дешевым побочным продуктом производства.

На гидролизных заводах при брожении дрожжей с опилками выделяются газы, содержащие 99% CO2.

1 – бродильный чан; 2 – газгольдер; 3 – промывочная башня; 4 – предварительный компрессор; 5 – трубчатый холодильник; 6 – маслоотделитель; 7 – башня; 8 – башня; 9 – двухступенчатый компрессор; 10 – холодильник; 11 – маслоотделитель; 12 – цистерна.

Схема получения углекислого газа на гидролизных заводах

Газ из бродильного чана 1 подается насосами, а при наличии достаточного давления поступает самостоятельно в газгольдер 2, где происходит отделение от него твердых частиц. Затем газ поступает в промывочную башню 3, заполненную коксом или керамическими кольцами, где он омывается встречным потоком воды и окончательно освобождается от твердых частиц и растворимых в воде примесей. После промывки газ поступает в предварительный компрессор 4, где он сжимается до давления 400-550 кПа.

Так как при сжатии температура углекислого газа повышается до 90-100°С, то после компрессора газ поступает в трубчатый холодильник 5, где охлаждается до 15°С. Затем углекислота направляется в маслоотделитель 6, где отделяется масло, попавшее в газ при сжатии. После этого углекислый газ подвергается очистке водными растворами окислителей (KMnO4, K2Cr2P7, гипохромитом) в башне 7, а затем осушке активированным углем или силикагелем в башне 8.

После очистки и осушки углекислота поступает в двухступенчатый компрессор 9. На ступени I происходит сжатие его до 1-1,2 МПа. Затем углекислый газ поступает в холодильник 10, где охлаждается со 100 до 15°C, проходит маслоотделитель 11 и поступает на II ступень компрессора, где сжимается до 6-7 МПа, превращается в жидкую двуокись углерода и собирается в цистерну 12, из которой производится заправка стандартных баллонов или других емкостей (танков).

Принципиально процесс производства углекислого газа другими методами ничем не отличается от вышеуказанного: сначала газ очищается, потом производят осушку, а на последнем этапе охлаждение и сжатие для превращения в жидкость, поскольку в данном виде его удобно хранить и транспортировать.