Вопросы к параграфу 36 - гдз по химии 9 класс учебник рудзитис, фельдман (решебник)

Тема недели: Что делать с CO2

Глобальный переход на экологически чистые виды энергии займет не один год, а снизить выбросы парниковых газов необходимо уже сейчас. В этом может помочь технология улавливания углекислого газа.

Способ придумали достаточно давно: первый завод, который начал работать с этой технологией, построили в США в 1972 году. По данным исследовательского центра Global CCS Institute за 2019 год, в мире работает всего 19 предприятий, которые улавливают CO₂, еще 32 находятся на разных стадиях строительства. Их так мало потому что подобные проекты стоили очень дорого.

Благодаря научно-техническому прогрессу сегодня эта технология стала более доступной, и в мире ее начинают применять более масштабно. Например, правительство Норвегии планирует потратить $2,6 млрд на развитие программы «Northern Lights». В первую очередь проект затронет мусоросжигающие заводы и цементные фабрики, потому что их производственный цикл сложно сделать более экологичным. CO₂, который выбрасывают эти предприятия, планируют собирать и сжижать. После этого углекислый газ будут «закапывать» на морском дне — например, по трубам отправлять в отработанные нефтяные месторождения. Там он вступит в реакцию с минералами и осадочными породами и в форме карбоната сможет тысячи лет оставаться на морском дне.

Ученые из проекта «Веста» (Project Vesta) тоже предлагают хранить углекислый газ в океанах. Они хотят связывать CO₂ при помощи химических реакций, распространенных в природе. Дождевая вода, которая содержит в себе углекислый газ, особенно сильно взаимодействует с минералами, богатыми кремнием, кальцием и магнием. Продукты этих реакций затем попадают в океан, а морские организмы перерабатывают их и строят свои панцири. В естественной среде такой процесс длится долго, и ученые хотят его ускорить. Они предлагают делать пляжи из оливина — минерала, который содержит магний и кремний и легко разрушается. Так продукты химической реакции будут попадать в море быстрее, а значит, получится собрать больше CO₂. При этом участники проекта указывают на низкую стоимость решения — 1 т углекислого газа можно переработать всего за $10.

Как , CO₂ способен принести пользу в разных сферах промышленности. Так, с помощью углекислого газа можно эффективнее добывать нефть, а также производить из него бетонные блоки для строительства и создавать новые виды топлива, материалов и удобрений. В результате уровень выбросов CO₂ может не только снизиться до нуля, но и стать отрицательным.

Как использовать CO2 в аквариуме

Вот несколько популярных способов использования CO2 в аквариуме:

CO2 система с аккумулятором

Самый эффективный способ доставки CO2 в аквариум – использование CO2 системы с аккумулятором. Эта система включает в себя баллон с CO2 и специальный регулятор, который регулирует поток CO2 в аквариум. CO2 доставляется в аквариум через специальный диффузор или реактор, где он растворяется в воде.
DIY CO2

Если у вас нет возможности использовать CO2 систему с аккумулятором, то можно собрать собственную DIY CO2 систему. Для этого нужно использовать обычные пластиковые бутылки, смесь из сахара, дрожжей и воды, а также специальный регулирующий клапан и диффузор. DIY CO2 система эффективна, но требует регулярного обновления смеси и контроля уровня CO2 в аквариуме.
Таблетки с CO2

Для более простого использования CO2 в аквариуме можно использовать специальные таблетки с CO2. Таблетки растворяются в воде и высвобождают CO2, что способствует питанию растений. Однако, эффективность такого способа может быть ниже по сравнению с другими методами.

Безусловно, использование CO2 в аквариуме может значительно улучшить рост и развитие растений, но при этом важно соблюдать правильную концентрацию и контролировать уровень CO2 в воде аквариума. Перед использованием любого способа необходимо изучить инструкции и понять, как правильно регулировать подачу CO2

Системы серийного производства для подачи CO2

Производители оборудования для аквариумов предлагают множество моделей систем для подачи CO₂. Коротко о продукции некоторых из них – ниже.

Dennerle

Компания предлагает системы подачи CO₂ различного уровня, использующие разные технологии для аквариумов любого объема.

Так, в комплект поставки баллонной системы Einweg 300 Space для аквариума на 300 л входят:

Сменный баллон с углекислым газом на 500 г.
Редуктор со встроенным электромагнитным клапаном.
Обратный клапан.

Диффузор Flipper с отводом фальш-газов.
Соединительный шланг.
Индикатор и тесты.

Практически аналогично комплектуется набор для нано-аквариумов Nano, но емкость баллона составляет всего 80 г, используется редуктор простейшей конструкции.

Есть в ассортименте производителя и BIO-системы (например, BIO 60), в которых в качестве генератора используется баллон с гелем и стартовой капсулой для инициации процесса, устанавливается счетчик пузырьков.

Eheim

Производитель из Германии предлагает баллонные системы для аквариумов практически любого объема.

В стандартном сете поставляются:

Баллон со сжиженной углекислотой с (для некоторых, например 2000 г) возможностью дозаправки. Емкость – от 200 до 2000+ г.
Редуктор для понижения давления (для дозаправляемых – с штуцерным узлом для заправки).
Счетчик пузырьков.
Диффузор.
Шланг.
Дроп-чекер и тесты.

При необходимости систему можно доукомплектовать электромагнитным и обратным клапанами, устройствами управления (таймером). Подойдут как комплектующие компании, так и аксессуары других производителей (требуется подбор).

Ista

Ista выпускает качественные балонные CO₂ системы профессионального уровня и комплектующие к ним.

Комплектуется базовая система:

Алюминиевым баллоном емкостью 1 л.
Редуктором с 2 манометрами, встроенным электромагнитным клапаном.
Счетчиком пузырьков с обратным клапаном.
Компактным диффузором.
Шлангом.

При необходимости система может быть дополнена устройствами управления (таймером, контроллером концентрации газа), атомайзером (внешним реактором для улучшения растворения CO₂).

Aqua

Российская компания предлагает баллонные системы как в виде конструктора (Стандарт и Стандарт+, Профи), так и комплектные.

Покупатель может выбирать системы по:

емкости баллона;
конструкции редуктора;
варианту диффузора;
наличию счетчика пузырьков;
вариантам дроп-чекеров и пр.

Оптимальная концентрация углекислого газа в аквариумной воде

Лучшим способом добиться роста и гармоничного развития аквариумных растений считается обеспечение концентрации углекислого газа, соответствующей их естественным условиям обитания.

В различных источниках и на форумах по аквакультуре приводятся различные границы концентрации CO₂. Так, опытные аквариумисты нередко говорят о концентрациях от 7 до 30 мг/л, производители оборудования для аквариумов, в том числе, систем для подачи CO₂, предпочитают оперировать цифрами от 15 до 40 мг/л., например, Dennerle рекомендует поддерживать концентрацию в 15-30 мг/л, при оптимальной величине 20-25 мг/л.

Arend van den Nieuwenhuizen
Акваскейпер

Существует общая оценка нижнего допустимого предела концентрации. Она должна составлять не менее 3 мг/л, в противном случае водные растения будут испытывать настоящий голод.

— Arend van den Nieuwenhuizen Акваскейпер

Оценить верхний предел несколько сложнее. Обычно здесь учитывают факт жесткой связи содержания CO₂ в воде с карбонатной жесткостью (kH) и показателем кислотности (pH). Он позволяет по kH и pH рассчитывать концентрацию углекислоты. Но верна и обратная зависимость – рост содержания углекислого газа приводит к увеличению жесткости и снижению pH.

Соответственно, при искусственной подаче газа в аквариум, возможно изменение параметров воды, при котором водные организмы окажутся в опасности. При начальной величине kH порядка 4 градусов и нейтральной реакции, опасной для рыб и беспозвоночных концентраций может стать содержание CO₂ уже 30 мг/л., впрочем, высокий показатель жесткости и низкий pH не добавят здоровья и аквариумной флоре.

Роль CO2 в изменении климата

Под действием инфракрасного излучения солнца, CO2 поглощает и задерживает тепло в атмосфере. Это создает эффект парникового газа, который приводит к увеличению температуры воздуха и океанов на планете. В результате увеличения температуры происходят опасные климатические изменения: плавление ледников, поднятие уровня моря, частые погодные катаклизмы (ураганы, засухи, наводнения) и изменения в распределении осадков.

Уровень CO2 в атмосфере за последние 150 лет вырос на 45%.
Последние десятилетия были самыми теплыми в истории.
Уровень мирового океана за последние 100 лет повысился на 20 см.
Около 18% всех выбросов CO2 в мире связано с автотранспортом.

Сокращение выбросов CO2 и уменьшение его концентрации в атмосфере являются приоритетными задачами для снижения негативного воздействия на климат и окружающую среду. Для этого необходимо использовать энергию из возобновляемых источников, сокращать промышленные выбросы и вести устойчивое лесопользование. Ответственный подход каждого человека может сделать важный вклад в устойчивость нашей планеты и сохранение ее климата для будущих поколений.

Что такое CO2 и почему это важно

Производство углекислого газа происходит в результате сжигания ископаемых топлив, таких как уголь, нефть и газ. Выбросы CO2 также создаются при сжигании древесины и других органических материалов. Все эти процессы являются основной причиной глобального потепления, так как углекислый газ является одним из главных газов, вызывающих парниковый эффект.

CO2 также играет важную роль в фотосинтезе, процессе, при котором растения превращают углекислый газ и солнечный свет в глюкозу и кислород. Это позволяет живым организмам дышать и получать энергию. Благодаря этому процессу растения поглощают большое количество CO2 из атмосферы и помогают балансировать его содержание.

Однако переизбыток углекислого газа в атмосфере может привести к изменению климата и появлению различных проблем, таких как повышение уровня морей, потепление планеты, изменение аграрного сезона и угрозы для жизни на Земле

Поэтому важно разработать и использовать методы по снижению выбросов углекислого газа и более эффективного его использования

В домашних условиях сбор CO2 может быть полезен, чтобы использовать его для различных целей, таких как улучшение роста растений в парнике, подача углекислого газа в аквариум или использование его в качестве сырья в различных химических процессах. Это позволяет утилизировать CO2, который в противном случае мог бы быть выброшен в атмосферу и усугубить проблему климатических изменений.

Преимущества CO2:	Негативные последствия CO2:
— Необходим для фотосинтеза;	— Потепление планеты;
— Используется в промышленных процессах;	— Изменение климата;
— Полезен для аквариумных рыбок;	— Угрозы для жизни на планете;
— Улучшает рост растений;	— Повышение уровня морей;

Итак, CO2 играет важную роль в нашей жизни, но экономия его расходования и контроль его выбросов невероятно важны для нашего будущего и будущих поколений. Надежная и недорогая система сбора и использования CO2 в домашних условиях может быть эффективным способом контроля и снижения выбросов углекислого газа, что помогает бороться с изменением климата и сохранением окружающей среды.

Часто спрашивают

Почему не рекомендуется одновременно проводить аэрацию и подачу CO2?

Углекислый газ, растворенный в воде, легко высвобождается, особенно при интенсивном движении водных масс. Соответственно, при аэрации его концентрация может серьезно снижаться, что потребует высокого расхода.

Зачем рекомендуют комплектовать системы подачи CO2 таймерами?

Подачу в аквариум углекислого газа лучше проводить в дневное время, пока растения осуществляют фотосинтез. В ночное время она не нужна и может привести к избыточной концентрации углекислоты и падению pH. Чтобы этого не допустить рекомендуется начинать подачу за 1 час до начала светового дня и заканчивать за 1 час до окончания. С этой задачей отлично справляется связка таймер-электромагнитный клапан

Почему в заводских BIO-генераторах используют гель а не питательный раствор?

Гель позволяет стабилизировать скорость реакции и продлить время работы генератора. Этой же цели служат в генераторах брожения собственного производства добавление загустителей, например желатина или крахмала.

Зачем используют префильтры?

В генераторах брожения (даже серийных) или химических возможен захват потоком газа вредных веществ (кислот, спирта и пр.). Чтобы предотвратить их попадание в аквариум используют префильтр для очистки газа.

Какой из реакторов лучше – активный или пассивный?

Выбор должен базироваться не на типе реактора, а на возможности полного растворения необходимого для аквариума количества CO2. Если реактор справляется с этой задачей для объема воды, говорить о том, что какой из типов лучше смысла нет.

Прямой захват воздуха

Как и следует из названия, прямой захват воздуха (англ. direct air capture, DAC) удаляет углекислый газ напрямую из воздуха.

Методы могут варьироваться: например, швейцарский стартап Climeworks использует большой вентилятор, чтобы подавать атмосферный воздух в коллектор, где CO2 оседает на фильтре.

Как только коллектор заполняется, он автоматически закрывается и нагревается до 100°C. Затем CO2 откачивается, смешивается с водой и отправляется под землю, где закачивается в горные породы, где он минерализуется (еще один метод, который будет описан ниже). У работающего завода будет работать сразу несколько вентиляторов одновременно.

Полученный продукт можно использовать для производства экологичного авиатоплива или стройматериалов.

У Climeworks есть действующий завод в Исландии, известный как Orca. Он может улавливать 4 тысячи т CO2 в год и, по данным Dealroom, пока привлек $777 млн от инвесторов.

К «зеленому» будущему на углекислой тяге

Но и это далеко не все. Следующее на очереди — топливо. В принципе, способ производства бензина из углекислого газа известна с начала XX века, но он требует высоких температур и давления, а значит, весьма энергозатратен. Тем не менее, прогресс не стоит на месте.

В Германии еще несколько лет назад было открыто небольшое производство бензина из CO2. Пока что конечный продукт выходит несколько дороже, чем получаемый из ископаемого топлива, но производители уверены, что развитие технологий, наращивание объемов и изменение налоговой политики могут изменить эту ситуацию.

С другой стороны, новейшие разработки, например, японских ученых дают возможность изготавливать топливо значительно проще и дешевле при помощи нетепловой плазмы. Также существует технология производства из углекислого газа метанола, используемого как в качестве топлива, так и в других областях — например, для производства все тех же пластмасс.

Топливо из CO2 и мини-установка по его производству. Фото: Marijan Murat / dpa

Выращивание растений в закрытых помещениях

Для успешного выращивания растений в закрытых помещениях важно выбрать подходящие виды растений, которые смогут приспособиться к жизни без солнечного света и поглощать достаточное количество углекислого газа. Ниже приведены несколько советов, которые помогут вам вырастить здоровые и красивые растения в закрытом помещении:

Ниже приведены несколько советов, которые помогут вам вырастить здоровые и красивые растения в закрытом помещении:

Выберите подходящие растения. Некоторыми из наиболее подходящих растений для выращивания в закрытых помещениях являются: спатифиллум, парадизии, фикусы и герань. Они занимают немного места и легко адаптируются к условиям внутренней среды.
Обеспечьте достаточное освещение. Используйте искусственные источники света, такие как фитолампы или светодиоды, для обеспечения растениям необходимого количества света. Узнайте о требованиях каждого вида растений к уровню освещенности и подоберите соответствующие источники света.
Обеспечьте достаточное количество углекислого газа. Растения поглощают углекислый газ и выделяют кислород в процессе фотосинтеза. Для достижения оптимального уровня CO2 в закрытом помещении можно использовать дымящие приборы, например, дымовую шашку, или установить специальные устройства для концентрации CO2.
Регулярно поливайте растения. Растения в закрытых помещениях могут быстро высыхать из-за сухого воздуха. Постарайтесь поддерживать оптимальный уровень влажности и не забывайте поливать растения в соответствии с их потребностями.

Выращивание растений в закрытых помещениях является отличным способом улучшить качество воздуха и создать уютную атмосферу в доме или офисе. Следуйте указанным советам и наслаждайтесь здоровыми и красивыми растениями в своем внутреннем саду.

CO2 как побочный продукт получения H2 методом частичного окисления топлива

Порядка 95% промышленно производимого в мире водорода производится вышеописанным способом парового реформинга углеводородного топлива, прежде всего метана CH4, содержащегося в природном газе. Кроме парового реформинга, из углеводородного топлива с довольно высокой эффективностью можно получать водород и способом частичного окисления, когда метан и другие углеводороды реагируют с недостаточным для полного сжигания топлива количеством кислорода (напомним, что в процессе полного сжигания топлива, кратко описанным чуть выше, получается углекислый газ CO2 и вода H20). При подаче же меньшего, чем стехиометрическое, количества кислорода, продуктами реакции преимущественно являются водород H2 и монооксид углерода, он же угарный газ CO; в небольших количествах получаются и углексилый газ CO2, и некоторые другие вещества. Так как обычно, на практике, этот процесс проводят не с очищенным кислородом, а с воздухом, то как на входе, так и на выходе процесса имеется азот, который в реакции не участвует.

Частичное окисление является экзотермическим процессом, то есть в результате реакции выделяется тепло. Частичное окисление, как правило, протекает значительно быстрее, чем паровой реформинг, и требует меньшего по объему реактора. Как видно на примере приведенных ниже реакций, изначально частичное окисление производит меньше водорода на единицу топлива, чем получается в процессе парового реформинга.

Реакция частичного окисления метана CH4:
CH₄ + ½O₂ → CO + H₂ (+ тепло)

Пропана C3H8:
C₃H₈ + 1½O₂ → 3CO + 4H₂ (+ тепло)

Этилового спирта C2H5OH:
C₂H₅OH + ½O₂ → 2CO + 3H₂ (+ тепло)

Частичное окисление бензина на примере изооктана и толуола, из более чем ста химических соединений, присутствующих в бензине:
C₈H₁₈ + 4O₂ → 8CO + 9H₂ (+ тепло)
C₇H₁₈ + 3½O₂ → 7CO + 4H₂ (+ тепло)

Для конвертации CO в углекислый газ и получения дополнительного водорода используется уже упомянутая в описании процесса парового реформинга реакция сдвига кислорода вода→газ:
CO + H₂O → CO₂ + H₂ (+ небольшое количество тепла)

Как самостоятельно создать генератор?

Готовая конструкция для подачи CO2 в аквариум стоит довольно дорого. Многие аквариумисты стараются изготовить генератор самостоятельно. Чтобы сделать самый простой прибор, не нужно тратить много средств и обладать особыми навыками, придерживаясь алгоритма. С задачей справится даже начинающий владелец домашнего водоёма.

Необходимые материалы, инструменты

Чтобы создать генератор для подачи газа в домашних условиях, понадобится взять ряд материалов и инструментов. Что нужно:

пластиковая бутылка объёмом 2 л;
ёмкость (желательно из пластика) с широким горлышком;
шприц;
трубка-капельница;
шланг;
герметик на основе силикона;
клапан, чтобы создать обратное давление;
несколько фиксаторов;
распылитель.

Создание генератора

Строго придерживайтесь алгоритма действий, чтобы на выходе получился качественный и правильно функционирующий генератор. Шаги:

Выньте поршень из шприца. Отрежьте нижнюю часть. Внутрь поместите клапан для регуляции давления.
Возьмите крышку от бутылки и отрежьте боковины и иные лишние детали. Работайте аккуратно, для выполнения действий возьмите остро наточенный нож.
Конструкцию, состоящую из шприца и клапана, присоедините к крышке, зафиксируйте положение силиконовым герметиком. Внутрь влейте немного воды. Это будет счётчик образующихся пузырьков. Прикрепите его к пластиковой бутылке (той, которая объёмом 2 л).
В крышке 2 ёмкости сделайте отверстие, прикрепите переходник. Далее присоедините шланг. Обработайте соединения герметиком.
Готовый прибор заполните водой.
Чтобы объединить детали в единую конструкцию, используйте шланги. От 2 л бутылки конец трубки ведите к клапану, от переходника к аквариуму.

Подробнее о процессе самостоятельного создания генератора рассказывается в видео:

Реактивы

После того, как генератор был собран и установлен, требуется сделать реактив, который станет проводником газа, т. е. с его помощью будет происходить подача углекислоты в аквариум.

Существует множество реактивов. Самые популярные:

200 г сахарного песка, щепотка чайной соды, 3 г готового корма для рыб, дрожжи и ржаной хлеб. Все ингредиенты перемешайте в бутылке для браги, добавьте тёплую воду. Количество – до края остаётся 2-3 см свободного пространства. Брага вырабатывает CO2 на протяжении 1.5 недель, максимум 2.
400 г сахара, 150 г соды, 150 г крахмала залейте 1 л воды. Варите смесь на медленном огне, пока она не загустеет. Остудите, поместите в бутылку. Средства хватит на 3 месяца.
30 г желатина залейте 500 мл воды. Оставьте вещество разбухать. Влейте ещё 500 мл жидкости, добавьте 20 г чайной соды. Нагревайте смесь на небольшом огне до тех пока, пока не образуется однородная масса. Дайте остыть, поместите в бродильную бутылку, добавьте 5 г дрожжей.

Самый применяемый рецепт создания реактива – смешайте 10 г лимонной кислоты и 10 г чайной соды. Высыпьте в бродильную ёмкость.

Применение браги

Неплохой способ восполнить дефицит углекислого газа в аквариумной воде – использовать брагу. Для ее изготовления требуются сахар и дрожжи. Хлебные дрожжи использовать нежелательно, лучше подойдут пивные.

Соединенные компоненты герметично закрывают в емкости. В процессе брожения образуется газ, необходимый для дыхания растительных тканей.

Как сделать бродильную систему:

Берут две емкости из прозрачного пластика объемом около 2 л.
В одну емкость высыпают дрожжи и сахар, вливают воду. Получившуюся смесь герметично закупоривают.
Генератор газа присоединяют к сепаратору, используя шланг или трубки-капельницы.
Чтобы газ растворялся в воде, в аквариуме совмещают трубку с фильтром и распыляющее устройство.
Емкость может разорваться под давлением, для предупреждения такой неприятности к крышке главной емкости присоединяют клапан, его вставляют в шприц. Получается счетчик количества образующихся газовых пузырьков.

Наиболее удобна система, включающая два генератора CO₂.

Биочар

Это форма биоуглерода, которая образуется, когда деревья и растения нагреваются определенным образом. Биоуглерод — стабильная форма углерода, которая может хранить выбросы, удаляя их из атмосферы.

Биочар издавна используется в сельском хозяйстве, поскольку улучшает качество почвы, а сам процесс основан на природном свойстве растений накапливать углерод. Также он позволяет избежать проблемы разложения отходов биомассы (например, деревьев и растений) и выброса накопленного углерода в атмосферу, превращая его в другую форму.

Финский стартап Carbo Culture недавно открыл один из крупнейших заводов биочара в Европе неподалеку от Хельсинки. Заявляется, что он сможет удалять из атмосферы 3 тысячи т углекислого газа в год. Это примерно столько же, сколько 1500 автомобилей на бензине.

Ожидается, что к концу года в Европе будет 180 заводов по производству биочара, а сторонники технологии отмечают, что масштабировать ее проще, чем другие методы. Биочар — одна из нескольких форм удаления и хранения углерода из биомассы. Для этого также используются водоросли, растения или производственные отходы.

Меры предосторожности

Сколько углекислоты в аквариумной воде, можно контролировать при помощи тестов, которые продаются в зоомагазине. Также можно установить дропчекер, позволяющий определить степень жесткости воды. Принцип работы приспособления: жидкость в нем окрашивается в желтый цвет при избыточном содержании CO₂, в зеленый – при нормальном, в голубой – при дефиците. При избытке углекислоты рыбы задыхаются и погибают, при недостатке страдают растения.
При использовании генератора нужно проверять уровень pH воды, поскольку углекислота понижает кислотность, что может вызвать дискомфорт у рыбок.
Фотосинтез не происходит без ультрафиолета, поэтому нужно регулировать интенсивность и длительность освещения аквариума.
Для активного развития растения нуждаются не только в углекислом газе, но и в минеральных удобрениях.
При избыточной выработке CO₂ (больше 30 мг/л – токсичная для рыб доза) генератор убирают, усиливают работу аэратора. В тяжелом случае используют перекись водорода.

Некоторые аквариумисты используют для генерации углекислого газа магазинные препараты, создают реакторы в домашних условиях на основе огнетушителей и газовых баллонов. Однако работа с ёмкостями под давлением – опасная затея, не стоит ее практиковать без опыта.

Углекислый газ – ключевой элемент для полноценной жизнедеятельности растений. Чтобы сделать простой и действенный генератор CO₂, требуется минимальный набор приспособлений и инструментов, немного времени и сноровки.

Дом из углекислого газа

Еще один материал, который человечество может производить из углекислого газа — это абсолютно незаменимый в строительстве бетон. Если для производства традиционного бетона используется известняк, запекаемый в специальных печах при огромной эмиссии CO2 (порядка 8% от всех антропогенных выбросов), то в случае с бетоном из углекислого газа процесс противоположный: углекислый газ не выбрасывается, а наоборот, становится частью изготовленного материала

Такой материал более твердый, прочный, долговечный и, что немаловажно, более дешевый

Еще один плюс этой технологии — для нее необязательно строить новые предприятия, а достаточно модернизировать уже существующие. Сейчас экологичный бетон пытается внедрить в строительстве канадская компания Carbon Upcycling Technologie, но в целом подобных предприятий насчитывается.

В принципе, из экологичного бетона и материалов на основе углеродного волокна можно без особых проблем построить дом, но для комфортной жизни мало голых стен и потолка.

Помимо бетона, нам очень сложно представить жизнь без пластика, хоть ученые и бьют тревогу по поводу пластикового загрязнения не первый год, а при производстве полимеров используются большие объемы ископаемого топлива. Но пластик тоже можно производить из улавливаемого из воздуха CO2.

Процесс этот непростой, в нем участвуют микроорганизмы, перерабатывающие углекислоту в биомассу, и сложные катализаторы. Но в перспективе он может оказаться значительно дешевле традиционного способа благодаря доступности основного компонента — углекислого газа. Уже сейчас эти технологии внедряют Ford (первый из автопроизводителей), IKEA, Econic и многие другие.

Вспененный полимер из углекислого газа. Фото: Ford

Получим диоксид углерода

Диоксид углерода можно получить из солей угольной кислоты (карбонатов),
если вытеснить его с помощью более сильных кислот. В технике его
получают при обжиге извести, т. е. В результате нагревания известняка
при температуре примерно 1000 °C

СаСО3 = СаО + СО2

В лабораторных условиях применим самый дешевый способ. Для этого
в аппарате для получения газов, например в аппарате Киппа, зальем
кусочки мрамора (карбоната кальция СаСО3) 20%-ным раствором
соляной кислоты:

СаСО3 + 2HCl = СаСl2 + H2O + СO2

Само собой разумеется, что пригодны и другие карбонаты: сода (карбонат
натрия Na2CQ3), поташ (карбонат калия K2CO3), питьевая
сода (гидрокарбонат натрия NаНСО3), и ряд кислот, в том числе
даже относительно слабые — уксусная, винная и лимонная.

Полученный в аппарате диоксид углерода уловим в пневматической
ванне или лучше вытеснением воздуха. Диоксид углерода тяжелее воздуха,
1 л его при 0°С и 760 мм рт. ст. весит 1,977 г, поэтому им можно
наполнить стоячий сосуд, опустив газоотводную трубку на самое дно
сосуда. Так как горящая лучина гаснет в атмосфере углекислого газа,
то таким образом можно .проверить, наполнился ли наш сосуд.

Есть простое правило, которое помогает узнать, легче газ воздуха
или тяжелее. Условимся число 29 считать относительной молекулярной
массой воздуха и сравним молекулярные массы (М) газов с этой
величиной. Например, молекулярная масса метана СН4 16, значит,
метан легче воздуха; для азота N2 М = 28, т. е. азот немного
легче воздуха, a SО2 (M = 64) и СО2 {М
= 44) значительно тяжелее воздуха.

Получение в промышленности

Получение диоксида углерода в промышленности методологически разнообразно. Он находится в дымовых отходах, выпускаемых в атмосферу ТЭЦ и электростанциями, получается при брожении спирта и выступает как продукт реакции с природными карбонатами.

Индустрия получения двуокиси углерода широка. Газ можно абсорбировать несколькими способами из одного источника. Во всех случаях это поэтапный процесс очистки от примесей (для достижения требований ГОСТа) и достижения нужной консистенции, агрегатного состояния.

Получение газообразной двуокиси углерода

Газообразный CO2 извлекают из промышленных (нефтяных) дымов путем адсорбции моноэтаноламина (коммерчески выгодно) и карбонатом калия (редко). Принцип сбора частиц углерода одинаков для обоих веществ. Они направляются по трубопроводу к отходам и собирают в себя углекислый газ. После сбора, насыщенные углекислотой газы направляются на очистку.

В специальных емкостях происходит реакция в при повышенной температуре или заниженном давлении. В процессе высвобождается чистая углекислота и продукты распада (аммиак и другие).

Установка добычи углекислоты

Схематически процесс выглядит так:

Отходящий дым смешивается с адсорбентами (газообразным карбонатом калия или моноэтаноламином);
Накопившие в себе двуокись углерода газы поступают в специальный газгольдер для очистки;
В реакции с высокой температурой или низким давлением происходит отделение углекислого газа от адсорбента.

В лаборатории извлечь много CO2 не получается. Но это возможно в реакции с гидрокарбонатами и кислотами. В отдельности CO2 можно выделить на промышленных станках для получения кислорода, аргона или азота. Углекислый газ здесь выступает как побочный продукт. Хранится он в специальных баллонах, поставляемых потребителю.

Получение жидкой углекислоты

Добыча жидкой углекислоты поэтапно связана с получением ее из газа. Из летучего газообразного состояния, при обработке водородом, раствором перманганата калия и углем, образуется жидкая двуокись.

Сжижение происходит из-за низкого давления, сопровождающего реакцию. После многоступенчатой очистки, жидкий диоксид углерода попадает в компрессор. Там он сжимается и подается для сушки в 2 адсорбера, поочередно перенимающие работу для восстановления. Параллельно сжатая жидкость очищается от запахов и переводится в конденсатор, а оттуда – на хранение.

Этот метод сжижения применяется для газов спиртового брожения. Он актуален для пропана, бутана и т.д. Его используют на крупных пивоварнях, а получаемая очищенная углекислота имеет высокие показатели качества.

Получение твердого диоксида углерода

Твердый диоксид образуют из жидкого путем обработки низкой температурой (-56°). В промышленных условиях только 20% переходят в твердое состояние, а остальные – испаряются.

Сухой лед

Порядок извлечения углекислотных кристаллов (сухого льда):

Из емкости брожения газ переходит в емкость для промывки;
В газгольдере после мытья он сжимается и сжижается;
Многократно сжимаясь и нагреваясь, газообразный углерод охлаждается в специальных холодильниках;
Жидкость очищается активированным углем;
Поступает в холодильник, где охлаждается и дополнительно очищается от примесей;
Охлажденный CO2 направляется на испарение и пресс, где комплектуется сухой лед.

Необходимые инструменты и материалы для сборки CO2

Для сборки CO2 в домашних условиях вам понадобятся следующие инструменты и материалы:

Пластиковая или стеклянная бутылка — можно использовать пустую бутылку от напитка или другую емкость с крышкой.
Крышка с отверстием — необходима для подключения трубки к бутылке и регулирования потока CO2.
Трубка — нужна для направления CO2 туда, где вам необходимо.
Клапан — регулирует поток CO2 и предотвращает его утечку.
Дрожжи — являются основным ингредиентом для производства CO2. Лучше всего использовать активные сухие дрожжи.
Сахар — необходим для питания дрожжей и производства CO2. Лучше всего использовать обычный столовый сахар.
Теплая вода — помогает активизировать дрожжи и ускорить производство CO2.

Убедитесь, что у вас есть все необходимые инструменты и материалы перед началом сборки CO2. Следуйте инструкции и экспериментируйте с разными пропорциями и методами, чтобы получить наилучший результат.