Если промышленность и экономика человечества не могут прекратить вырабатывать углекислый газ, то этот самый газ лучше всего превратить во что-то полезное. Например, переработать его в жидкое топливо — это и утилизация, и польза для экономики.

Источник изображения: Wiley-VCH / Angewandte Chemie

Для превращения углекислого газа (CO₂) в ряд жидких топливных соединений китайские учёные разработали перспективный электрокатализатор. Выход по току у нового катализатора достигает 49 % при 0,8 В по сравнению с широко использующимся реверсивным водородным электродом для получения C_2-4 и он остаётся стабильным в течение трёх месяцев.

Новый катализатор разработала и испытала команда из Фошаньского университета (Фошань, Гуандун), Китайского университета науки и технологии (Хэфэй, Аньхой) и Сианьского университета Шиёу (Сиань, Шэньси) под руководством Фэй Ху, Тингтинг Конг, Цзюнь Цзян и Юйцзе Сюн. Основными продуктами переработки углекислого газа являются этанол, ацетон и н-бутанол.

Жидкое топливо легче запасать, транспортировать и сжигать, а вырабатывать его можно при избытке электроэнергии на солнечных или ветряных электростанциях. Избыток всё равно никуда не подаётся, поэтому сравнительно низкая эффективность химических реакций в присутствии катализаторов — это лучше, чем ничего.

Созданный учёными электрокатализатор назвали a-CuTi@Cu или активная медь на аморфном сплаве меди и титана. Сплав меди и титана обрабатывается плавиковой кислотой до полного удаления титана с поверхности. При этом в материале образуются поры с центрами из активной меди и титаном в глубине материала (он по-прежнему остаётся сплавом). Экспериментально подтверждено, что материал демонстрирует удивительно высокую активность, селективность и стабильность для восстановления CO₂ до продуктов C_2-4. Чистая медь на такое неспособна, а предложенная структура справляется более чем хорошо.

Компания Logitech объявила о планах размещать маркировку, отражающую воздействие производства продукта на выбросы парниковых газов, на упаковке и на своём веб-сайте. Сначала подобная маркировка появится на игровых продуктах Logitech. Это произойдёт чуть позже в этом году.

Logitech сообщила ресурсу The Verge, что к 2025 году данная маркировка будет наноситься на весь её ассортимент.

«Мы считаем, что подобно тому, как много лет назад на упаковке в пищевой промышленности появился показатель калорийности, так и количество образовавшегося углерода должно быть фактором выбора для потребителей, заинтересованных в этом», — заявил генеральный директор Logitech Брэкен Дарелл (Bracken Darrell) в интервью ресурсу The Verge.

На этикетке будет отражён общий объём выделяемых выбросов парниковых газов на протяжении всего жизненного цикла продукта, включая организацию поставок материалов для него, производство, дистрибуцию и фактическое использование продукта.

«Logitech будет определять углеродный след своими силами, но и будет привлекать сторонние организации, включая Natural Capital Partners, iPoint Group и независимого верификатора, для проверки и подтверждения углеродного следа на уровне продукта в соответствии со стандартами сертификации DEKRA», — указано в пресс-релизе Logitech.

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.

Photo: Moritz Leg

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.

Сегодня углекислый газ принято ассоциировать с угрозой глобального потепления. При этом подавляющее большинство углекислого газа на планете вырабатывается тепловыми электростанциями при сжигании ископаемого топлива: угля или нефти. Совсем отказаться от такого способа получения энергии нельзя. Но и наращивать выброс в воздух диоксида углерода становится чревато последствиями. Учёные из института Karlsruhe Institute of Technology (KIT) в Германии предложили способ утилизации углекислого газа, при котором появляется возможность производства такого ценного и перспективного сырья, как графен.

Графен был впервые экспериментально получен двумя русскими учёными Константином Новосёловым и Андреем Геймом в 2004 году, за что они в 2010 году получили Нобелевскую премию. С тех пор графеном занимаются многие лаборатории в мире. Это двумерный материал с замечательными свойствами в плане мобильности электронов, что сулит ему большие перспективы в электронике будущего. Однако проблема массового производства графена также пока не решена. Предложенная учёными KIT технология получения графена из углекислого газа может помочь одновременно решить вопрос с утилизацией вредных выбросов в атмосферу и с налаживанием производства графена. Быть может, даже с выгодой для производства.

Принцип утилизации углекислого газа учёные позаимствовали у природы. В процесс фотосинтеза листья земных растений преобразуют свет, воду и углекислый газ в биомассу. В этом процессе участвует фермент на основе соединения RuBisCO (рибулозобисфосфаткарбоксилаза). Фермент имеет в основе металлы, что подтолкнуло учёных к поиску катализаторов для превращения углекислого газа в графен. Такой катализатор был найден в виде «правильной» пропорции меди и палладия. Графен из углекислого газа образуется на плоской поверхности катализатора при температуре около 1000 градусов по Цельсию.

В будущем учёные намерены разработать техпроцесс для послойного изготовления графена большей толщины, чем один слой. Это может дать электронике новые материалы с неизученными пока свойствами, улучшенные фильтры, аккумуляторы и другое. Это второй этап исследований разработанного техпроцесса с получением графена из углекислого газа. Более того, новые материалы в виде графена с молекулами с магнитными свойствами могут приблизить появление квантовых вычислителей. И если от углекислого газа пока нельзя избавиться, то найти ему применение можно и должно.

Согласно исследованию учёных Университета Брауна, одного из старейших высших учебных заведений США, Соединённые Штаты только за счёт своих операций в области национальной обороны создают больше выбросов парниковых газов, способствующих глобальному потеплению планеты, чем индустриально развитые страны, такие как Швеция и Португалия.

Согласно исследованию, являющемуся первым в своём роде, в ходе которого были собраны столь исчерпывающие данные, Пентагон, контролирующий вооружённые силы США, в 2017 году был источником выделения в атмосферу около 59 миллионов метрических тонн двуокиси углерода и других парниковых газов.

В исследовании сообщается, что объём выбросов загрязняющих веществ в атмосферу Пентагоном был «в любой год ... больше, чем выбросы парниковых газов во многих небольших странах».

Если бы это была страна, то по объёму выбросов парниковых газов она занимала бы 55-е место среди крупнейших в мире источников загрязнения атмосферы, говорит Нета Кроуфорд (Neta Crawford), автор исследования, профессор Бостонского университета. Она отметила, что у Пентагона имеется много возможностей для сокращения выбросов.

По словам Кроуфорд, около 70 % энергопотребления американских войск приходится на использование и перемещение войск и оружия, в основном из-за сжигания реактивного и дизельного топлива.

Пентагон вдвое превысил по объёмам выбросов Швецию, которая занимает 65-е место в мире по выбросам CO2 согласно данным международного исследовательского проекта Global Carbon Atlas.

Выбросы формирований Пентагона также были выше, чем в Португалии, занявшей 57-е место в рейтинге Global Carbon Atlas.

Вместе с тем, как утверждает Кроуфорд, Пентагон значительно сократил по сравнению с 2009 годом потребление топлива, в том числе за счёт повышения эффективности транспортных средств и перехода на более чистые источники энергии на военных базах.

Что касается стран, то Китай является крупнейшим в мире источником выбросов CO2, основного газа, ответственного за изменение климата. На втором месте находятся Соединённые Штаты.

В чрезмерной загазованности мегаполисов, без того страдающих отсутствием необходимого числа зелёных насаждений, экологи вполне обоснованно винят автомобили с двигателем внутреннего сгорания. Проблема переросла в настолько масштабную катастрофу для ряда густонаселённых регионов, что местное правительство в спешке взялось за поиск радикального выхода из ситуации. Так, власти Китая хотят отказаться от дальнейшего использования легкового транспорта, работающего на углеводородном топливе. Речь идёт о запрете производства автомобилей с бензиновыми и дизельными двигателями с наступлением 2040 года. Аналогичным образом, уложившись в те же сроки, поступят во Франции и Великобритании, к которым обещают в скором времени присоединиться Нидерланды и Германия. Обеспокоены негативным влиянием ДВС на атмосферу и в Калифорнии. 

techno-stream.net

В соответствии с новым законопроектом, представленным на этой неделе, каждый проданный автомобиль на территории Калифорнии после 2040 года должен будет относиться к категории экологически чистого транспорта. Успешная поэтапная реализация программы по отказу от двигателей внутреннего сгорания означает, что к 2025 году из 20 млн купленных в штате автомобилей 1,5 млн должны оказаться электрокарами, не загрязняющими окружающую среду. 

«Мы обязаны перейти Рубикон — решить проблему избыточного числа отравляющих воздух выбросов, приводящего к изменению климата. На транспортные средства, работающие на ископаемых видах топлива, приходится до 40 % от общего объёма парниковых газов от антропогенных источников Калифорнии», — объяснил свою позицию автор законопроекта конгрессмен Фил Тин (Phil Ting). 

Если законопроект будет принят, то с 2040 года калифорнийские автосалоны прекратят продажи легковых автомобилей с бензиновым или дизельным двигателем. Таким образом местные политики к 2050 году надеются уменьшить выбросы парниковых газов на 80 % в сравнении с аналогичным показателем за 1990 год. 

automagzn.com

Tesla Model 3 — один из инструментов по сдерживанию парникового эффекта

На данном этапе в Калифорнии зарегистрировано около 300 тыс. электрокаров, однако довести эту цифру до 1,5 млн за семь лет кажется задачей трудновыполнимой. В 2016 году на территории штата было продано около 2,1 млн новых авто, на которые пришлось лишь 40 тыс. «зелёных» средств передвижения. Массово пересесть на электрокары американцам мешают как недостаточно развитая инфраструктура обслуживания таких машин, так и завышаемая их производителями розничная стоимость по сравнению с ближайшими ДВС-аналогами. 

По мере роста производительности вычислительных систем и, соответственно, потребления, проблема отвода тепла трансформируется в проблему его утилизации. Дополнительными факторами для целевого использования отбросного тепла стали борьба с парниковыми газами и повышение тарифов на электроэнергию. Оставляя всё выработанное тепло внутри помещения для его обогрева, считают в компании Qarnot computing, можно снизить углеродные выбросы на 78 %.

Компания Qarnot computing создана в 2010 году во Франции. Она специализируется на поставках серверного оборудования для центров по обработке данных и, среди прочего, поставляет решения для утилизации тепла, вырабатываемого в ЦОД. Такие решения на рынке есть и местами реализуются в виде пилотных и даже успешных коммерческих проектов. Другое дело, что часто вынести лишнее тепло за пределы серверных представляется либо невозможным, либо трудно выполнимым. К счастью, ряд современных ИТ-технологий способны создать предпосылки для обогрева частных домов и квартир теплом, получаемым в процессе выполнения типичных серверных задач.

Распределённые или облачные вычисления позволяют установить серверы за пределами традиционных ЦОД. Компании сэкономят на аренде помещений и на счетах за электричество, а серверы перекочуют в квартиры обычных людей. Именно так представляют концепцию «умной» домашней отопительной системы разработчики из Qarnot computing. Трёхпроцессорная система на мощных процессорах Intel Core i7 или AMD Ryzen 7 внешне оформлена в виде электрического радиатора и, собственно, по сути таковой и является.

Корпус системы Q.rad состоит из анодированного алюминия. Вес батареи — 27 кг. Похоже, там свыше 15 кг алюминия, что обещает хорошую инерционность отопительной системы. Габариты Q.rad — 650 × 625 × 150 мм. Максимальная мощность — 500 Вт. Для долгих зимних дней и ночей для нашей территории этого явно недостаточно. Гораздо лучший спрос был бы на минифермы для майнинга на графических процессорах общей мощностью до и даже свыше киловатта. Было бы тепло и прибыльно. Отвод тепла от процессоров и системы, судя по всему, пассивный, поскольку уровень заявленного шума 0 дБ. Температуру обогрева можно выставлять вручную на сенсорной панели, встроенной в декоративную накладку из ценных пород дерева.

Радиатор имеет встроенные датчики температуры, влажности, давления и освещённости. Система реагирует на присутствие человека и может работать по программе с гибкими настройками. Компания обещает «умный и мягкий» обогрев помещения. Коммуникационные возможности радиаторной батареи — это Wi-Fi и гигабитный Ethernet. Управление батареей доступно через смартфон с приложения. Питание — 220 или 110 В. Пока это концептуальная разработка, цена на которую не определена. Для продвижения подобных решений в жизнь требуются координированные усилия застройщиков и владельцев ЦОД. Но будущее рядом, да.

Спустя пять лет после падения в океан спутника Orbiting Carbon Observatory, который был предназначен для отслеживания уровня содержания в атмосфере CO₂, аэрокосмическое агентство NASA вновь планирует отправить на околоземную орбиту подобный спутник Orbiting Carbon Observatory-2 (OCO-2), но с использованием другой ракеты-носителя.

space.com

Космический аппарат OCO-2, на создание которого израсходовано $467,5 млн, предназначен для мониторинга выбросов CO₂, считающихся главной причиной возникновения парникового эффекта и изменения климата на Земле.

space.com

Старт ракеты-носителя «Дельта-2» производства United Launch Alliance, совместного предприятия компаний Lockheed Martin и Boeing Co., со спутником на борту состоится 1 июля в 2:56 по местному времени с базы ВВС США Ванденберг (Калифорния). Для осуществления запуска отведено «окно» в 30 секунд.

space.com

Находясь на высоте 438 миль (705 км), спутник будет двигаться над Северным и Южным полюсами, отслеживая изменения на перемещающихся под ним регионах с периодичностью 16 дней с соответствии со скоростью вращения Земли. Замер содержания CO2 будет производиться на основании измерений интенсивности отражения солнечного света от присутствующего в столбе воздуха диоксида углерода.

space.com

Благодаря производимым замерам учёные смогут составить представление о сезонном изменении содержания диоксида углерода в атмосфере. Вполне возможно, что также удастся проследить изменения баланса в связи с засухой и наводнениями. Начиная с 2015 года, полученные данные о замерах будут доступны для всеобщего ознакомления.

Запуск предыдущего спутника Orbiting Carbon Observatory в 2009 году завершился неудачей. Из-за неполадок с носовым обтекателем ракеты не удалось произвести отделение спутника от ракеты-носителя Taurus XL. Убытки составили порядка $273 млн.