Упрощено превращение CO2 в угарный газ с помощью азота
🇷🇺 Процесс превращения CO2 в монооксид углерода с помощью ионизированного газа (плазмы) можно сделать более эффективным,
если направить на выход плазменного ректора поток азота комнатной температуры. Последний быстро охлаждает продукты реакции и не позволяет угарному газу превратиться обратно в углекислый. Такой вывод сделали учёные из Института прикладной физики имени А.В. Гапонова-Грехова РАН.
👍 Одним из наиболее эффективных способов утилизации CO2 является
переработка в монооксид углерода (угарный газ), который может служить сырьём для производства органических веществ, в том числе спиртов и эфиров. Разложение углекислого газа в таком случае происходит с помощью сверхвысокочастотных (СВЧ) электрических зарядов: СВЧ-волны передают энергию в атомах газа, в результате заряженные частицы «отрываются», и атомы становятся ионами – такое состояние называется плазмой. После многократных столкновений с электронами и другими возбужденными частицами молекулы углекислого газа разрушаются и преобразуются в угарный газ и кислород.
🤔 Этот способ отличается простотой, но при этом сравнительно низкой эффективностью: часть молекул угарного газа, образующихся в плазме, превращается обратно в углекислый газ. Причина в том, что наиболее эффективное преобразование углекислого газа в угарный происходит при температуре от 5700 до 6000 градусов Цельсия, которая достигается только в зоне СВЧ-заряда. Однако по мере удаления от этой зоны температура постепенно снижается: при достижении 1700-2000 градусов Цельсия создаются идеальные условия для обратного превращения в углекислый газ. Ученые из Института прикладной физики РАН решили эту проблему за счет очень быстрого охлаждения плазмы, при котором нужная для протекания обратных реакций температура (1700–2700 градусов Цельсия) буквально «проскакивается».
👉 Авторы сконструировали реактор, в котором с помощью генератора СВЧ-излучения – гиротрона – создавалась плазма в потоке углекислого газа при атмосферном давлении. В плазме происходило разложение углекислого газа на угарный газ и кислород. При этом учёные подвели к выходу из области плазмы трубки, через которые поступал охлаждающий газ комнатной температуры — азот. Подача охлаждённого азота навстречу горячему потоку газов позволила практически мгновенно преодолеть этап, на котором температура газа составляет 1700–2700 градусов Цельсия, и, тем самым, предотвратить обратное превращение угарного газа в углекислый.
👍 Химический анализ выходящего газа показал, что без охлаждения только 7% массы CO2 превращалось в монооксид углерода, тогда как при интенсивном потоке азота (4,5 литра в минуту) эффективность превращения увеличилась до 24%. В свою очередь,
при замене азота на охлажденную смесь газов, выходящих из камеры после реакции, эффективность превращения углекислого газа в угарный достигала 23,4%. Последний способ позволяет получить продукты реакции – угарный газ и кислород – без посторонних примесей.
🎙 «
Наш метод позволит осуществлять безотходное производство угарного газа из углекислого, поскольку в процесс можно вовлечь отработавшие газы. Реакторы, подобные сконструированному нами, повысят эффективность переработки и использования парниковых газов, что крайне востребовано с точки зрения борьбы с накоплением парниковых газов в атмосфере», – комментирует руководитель исследования, кандидат физико-математических наук Дмитрий Мансфельд.
https://globalenergyprize.org/ru/2024/05/31/rossijskie-uchenye-uprostili-prevrashhenie-co2-v-ugarnyj-gaz-s-pomoshhju-azota/