CO2 в кислород

Учёные открыли 100-% эффективный метод преобразования углекислого газа в топливо и химреактивы

Открытие сделали исследователи из Школы молекулярной инженерии Притцкера Чикагского университета (UChicago Pritzker School of Molecular Engineering). Рецензируемая публикация по работе вышла в журнале Nature. Учёные поставили перед собой цель создать условия для высочайшего контроля молекул воды в растворе, чтобы каждый протон в электрохимическом процессе преобразования CO2 во что-то полезное расходовался не на пустышки типа образования газообразного водорода или карбонатов, а вовлекался в синтез синтетического топлива или химических реактивов: этанола, метилового спирта, муравьиной кислоты и других соединений.

«Представьте, что мы можем получать экологически чистое электричество от солнца и ветра, а затем использовать это электричество для преобразования любого углекислого газа обратно в топливо», — поделился своей мечтой первый автор статьи Реджи Гомес (Reggie Gomes).

Исследователи не стали изобретать велосипед, а воспользовались хорошо известной реакцией электрохимического восстановления диоксида углерода (CO2R, electrochemical carbon dioxide reduction). В ходе этой реакции углекислый газ в присутствии воды разлетается на атомы углерода, кислорода и водорода как бильярдные шары после первого удара. Задача состоит в том, чтобы в итоге собрать необходимые молекулы без образования побочных продуктов. Учёные решали её с помощью получения контроля над поведением молекул воды в растворе. Для этого они игрались с его кислотностью и регулировали электрохимические и электростатические связи молекул.

Наилучший результат был получен в присутствии катализаторов из золота, серебра и платины. Эти металлы наиболее эффективно подавляли реакции образования водорода в процессе электрохимической реакции. Но для массового производства химреактивов и синтетического топлива это не годится — они получатся буквально золотыми. Поиск привёл к катализаторам из обычного цинка, которого в земных недрах более чем достаточно и по бросовой цене.

https://3dnews.ru/1105423/v-ssha-razrabotan-absolyutno-effektivniy-tehprotsess-preobrazovaniya-uglekislogo-gaza-v-toplivo-i-himreaktivi

Пещера смерти в Коста-Рике (Cueva de la Muerte) полностью заполнена углекислым газом, который отличается удивительной стабильностью и состоит почти на 100% из CO₂: он смертелен для любого животного, которое попадает в пещеру. 

Марсоход Perseverance доказал, что может обеспечить человека кислородом на 3.5 часа

Один из инструментов ровера Perseverance — эксперимент MOXIE — успешно завершил свою научную миссию на Марсе. Это демонстратор технологии выработки кислорода из местной атмосферы, которая состоит преимущественно из углекислого газа. Прибор благополучно превысил минимальный порог производительности почти вдвое, показав, что у будущих марсианских колонистов есть надежный способ получения воздуха для дыхания.

Фрагмент селфи Perseverance в местечке Three Forks, где ровер оставил несколько трубок с образцами для дальнейшей отправки на Землю. Панорама составлена десятков отдельных снимков, сделанных камерой WATSON на манипуляторе марсохода. Съемка велась на 684 сол (марсианский день) миссии — 22 января 2023 года

Работающий не покладая манипулятора уже два с половиной года марсоход Perseverance несет на борту не только инструменты для поиска следов внеземной жизни. Одна из четырех его главных задач — проверить ключевую технологию, необходимую для колонизации Марса.

Чтобы не везти весь необходимый для дыхания кислород вместе с собой, перспективные миссии к Красной планете должны иметь возможность вырабатывать его на месте. Для этого ровер оснастили прибором Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment (MOXIE).

В минувшую среду Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства США (NASA) отчиталось об успешном выполнении этой задачи. Устройство MOXIE в 16-й раз включилось 7 августа, выработав 9,8 грамма кислорода. Всего за время, прошедшее с посадки марсохода и начала его полноценного функционирования, прибор произвел 122 грамма кислорода.

Этого достаточно для поддержания жизнедеятельности небольшой собаки на протяжении десяти часов. Взрослому человеку в состоянии покоя такого количества кислорода хватит примерно на три с половиной часа.

Минимальный порог, который команда эксперимента обозначила в качестве успеха MOXIE, — шесть граммов кислорода в час. Его удалось превзойти вдвое, достигнув максимально возможной производительности прибора. Теоретически возможна еще большая эффективность, но ее продемонстрировать не позволяет уже энергосистема марсохода. В пике MOXIE потребляет 300 ватт электроэнергии, которые ровер вынужден предварительно запасать в аккумуляторе, так как электрическая мощность радиоизотопного генератора Perseverance составляла 110 ватт на момент запуска и с тех пор только уменьшается.

Для выработки кислорода в MOXIE используется процесс высокотемпературного электролиза. Забортный воздух, состоящий на 95 процентов из углекислого газа (остальное — азот и аргон), проходит через фильтр для очистки от пыли. Далее с помощью спирального компрессора его давление повышается до земного.

На следующем этапе газы нагреваются примерно до 800 градусов и поступают в электролизные ячейки. Там в результате термического разложения и электрокатализа молекулы углекислого газа теряют по одному атому кислорода — превращаются в молекулы угарного газа.

Установка разработанного Массачусетским технологическим институтом прибора MOXIE в марсоход Perseverance, март 2019 года

Освободившиеся ионы кислорода, получив электроны с катода, взаимодействуют с керамическими пластинами из стабилизированных скандием оксидов циркония и иттрия. Этот тип керамики обладает свойством проводить ионы кислорода. Они, в свою очередь, перемещаются сквозь пластины на анод, где соединяются в молекулярный кислород. Получившийся газ проверяется на чистоту (нужно не менее 98 процентов), после чего вместе с остатками CO2 и CO выбрасывается обратно в атмосферу.

Успех MOXIE по праву можно считать важнейшей вехой в развитии технологий освоения других небесных тел. Это первый в истории эксперимент по выработке необходимых для жизнедеятельности человека ресурсов на другой планете. Кислород потребуется будущим колонистам не только для дыхания. Это также окислитель для ракет на обратную дорогу домой.

Результаты работы MOXIE позволят повысить эффективность используемого технологического процесса и разработать полноразмерную систему обеспечения. По плану следующая установка уже должна производить не менее двух килограммов кислорода в час, потребляя 25-30 киловатт электроэнергии. После выработки кислород, естественно, будет не выбрасываться обратно в атмосферу, а храниться в жидком виде.

Статья спизжена отсюда

Появилась у меня CO2 система для аквариума. Решил проверить мыльным расствором и оказалось, что она травит в месте соединения части с вентилем и регулятора. Выглядит это соединение как резьба вкрученная в корпус регулятора.

Чтобы газ не уходил, я замотал это место кучей резиночек. Проверил мыльным расствором — не травит.

Скоро должен закончится газ, и я думаю как-то более надёжно сделать. Вопрос знатокам: можно ли попробовать выкрутить эту часть с вентилем из корпуса регулятора — чтобы глянуть, может там прокладку нужно поменять или что-то типа того? Или лучше не стоит, этого делать, чтобы не сломать?

И что это за деталь с кольцом?

В Исландии запустили крупнейшую в мире установку по прямому улавливанию углекислого газа из воздуха.

Впервые на Марсе получен кислород из окружающего воздуха.

Демонстрация технологии только началась, но она уже обозначила переход от научной фантастики к научному факту: выделение и хранение кислорода на Марсе возможно, и это – важный этап для обеспечения энергией будущих ракет, которые отправят астронавтов на другие планеты с марсианской поверхности, пишет NASA. Сжигание топлива ракетой требует много кислорода, не говоря о том, что кислород нужен и для дыхания самих астронавтов, которые появятся на Марсе. Но чтобы поднять с Марса четверых астронавтов, на семь метрических тонн топлива понадобятся 25 метрических тонн кислорода. Доставка 25 метрических тонн кислорода с Земли на Марс – трудная задача, а транспортировка конвертера кислорода будет экономичнее и практичнее. Речь идет о конвертере весом в одну тонну, больше нынешнего прибора MOXIE, что размером с тостер.

Атмосфера Марса состоит из углекислого газа на 96%. MOXIE отделяет от молекул углекислоты, в которых один атом углерода и два атома кислорода, атомы кислорода. Побочный продукт этой реакции, одноокись углерода, выбрасывается в марсианскую атмосферу. Процесс конверсии требует температуры около 800 градусов Цельсия, а потому экспериментальный конвертер сделан из жаростойких материалов. В его конструкцию входят детали из напечатанного 3D-принтером никелевого сплава, которые нагревают и охлаждают проходящие через них газы, и невесомый аэрогель, удерживающий тепло. Тонкое золотое покрытие с внешней стороны конвертера MOXIE отражает «горячее» инфракрасное излучение, защищая таким образом другие части марсохода.

В первом эксперименте выход кислорода был довольно скромным, около пяти граммов, что эквивалентно количеству кислорода, которое вдыхает астронавт за 10 минут. Проектная мощность прибора – 10 граммов кислорода в час. Испытание его способности производить кислород состоит из трех фаз. Первая – это проверка и получение характеристик функционирования прибора, во второй фазе то же самое будет происходить при меняющихся атмосферных условиях, в третьей будет сравниваться оперативность устройства при разных температурах.

«Кабинка самоубийств», но в гуманном виде.

Маска будущего