"Улавливание углерода в топливо" - откуда берется энергия?

Недавно я нашел статью под названием «Ученые нашли способ преобразовать углекислый газ из воздуха в топливо» ( здесь ), и моя непосредственная реакция была «конечно, нет — энергетический баланс убьет вас сразу». Однако кажется, что это серьезное предложение, с статьей на Phys.org и законной журнальной статьей,

Конверсия CO 2 из воздуха в метанол с использованием полиамина и гомогенного рутениевого катализатора. Дж. Котандараман и соавт. Варенье. хим. соц. 138 (3), стр 778–781 (2016) .

Материалы на сайте InterestEngineering и Phys.org в основном рассказывают о новых катализаторах, обнаруженных Котандараманом и его коллегами, а журнальная статья выходит за рамки моего понимания, что, как я подозреваю, относится и к большинству широкой публики.

Итак, в интересах того, чтобы кто-то где-то дал понять, что энергия всегда сохраняется и что чудесные схемы всегда имеют свою цену: откуда берется энергия в схеме улавливания углерода, предложенной Котандараманом и др.? В каких ресурсах хранится эта энергия, сколько энергии содержится в этих ресурсах и как они будут создаваться?

Я подозреваю, что большая часть энергетической игры заключается в гидрировании, показанном в графической аннотации, и если у меня будет время убедиться, я напишу ответ, но я бы предпочел иметь что-то с хорошим бюджетом энергии с точки зрения того, как производить эти водороды дорого, поэтому я решил оставить вопрос открытым.
В конечном итоге эта энергия будет поступать, как уже говорили другие, из возобновляемых источников энергии. Улавливание углерода растениями неэффективно, порядка 0,1%, возможно, около 1%. Для сравнения, солнечные элементы могут преобразовывать солнечный свет с эффективностью 15% (предел термодинамики на самом деле составляет около 94% или около того). Это дает более чем на порядок преимущество в площади по сравнению с традиционной схемой биотоплива, основанной на сельском хозяйстве, с дополнительным преимуществом, заключающимся в том, что солнечным элементам вообще не нужны сельскохозяйственные угодья.

Ответы (1)

Это очень похоже на то, как растения улавливают CO2 и образуют «топливо» (сахара), чтобы прокормить себя. В естественном случае энергия исходит от солнечного света, захваченного хлорофиллами в растительных клетках, а химическая реакция осуществляется группой ферментов (Фотосистема I и Фотосистема II).

Многие ученые пытаются воспроизвести этот процесс в промышленных масштабах с использованием искусственных катализаторов, и, похоже, именно об этом говорит ваш источник. В этом случае есть несколько возможных источников энергии. Наиболее распространенными являются солнечный свет или электричество - в конечном счете, эти химические реакции происходят из-за переноса электронов, и приложенный электрический потенциал может управлять этим. Это то же самое, что и подход солнечного света — электрон возбуждается фотоном, и в конечном итоге это приводит к приложению потенциала, который запускает реакцию.

Что касается того, сколько энергии требуется... ну, вы должны рассмотреть всю картину, чтобы понять это. У этого процесса есть и другая сторона — превращение воды в газообразный кислород (вот почему растения выделяют кислород в атмосферу!). Разность потенциалов между этими двумя процессами оказывается равной +1,23 В — это предполагает 100% термодинамическую эффективность. Большинство реальных систем значительно выше (от +1,7 до +1,8 В), потому что часть энергии теряется в виде тепла, поэтому многие текущие исследования сосредоточены на снижении этого разрыва до идеального +1,23 В.

РЕДАКТИРОВАТЬ: Прошу прощения, +1,23 В для сокращения H+ до H2. Восстановление CO2 до CH3OH ближе к +1,6 В.

Вопрос именно по этой конкретной схеме. Какой источник энергии здесь используется?
Читая статью, кажется, что это комбинация химической энергии, хранящейся в изменяющихся связях, и тепловой энергии, добавляемой при нагревании раствора, содержащего катализатор. Это всего лишь лабораторные условия, используемые для тестирования катализатора, однако, если он когда-либо дойдет до стадии применения, в качестве источника энергии будет использоваться либо электричество, либо солнечная энергия.
Точно. Таким образом, вопрос заключается в том, какие химические связи обладают энергией, сколько ее и как ее туда вложить.
По-видимому, он в основном находится в связях NH амина и переносится на метанол посредством протонно-связанного переноса электронов с CO2 в качестве акцептора. Сколько там? Типичная энергия связи NH составляет 386 кДж/моль ( wiredchemist.com/chemistry/data/bond_energies_lengths.html ), но это для идеального случая, и фактическое количество будет немного отличаться. Что касается того, как она туда попала, ну, кто-то создал молекулу, и образование связи сохранило там энергию.
В заключение: эта система не производит топливо волшебным образом в нарушение закона сохранения энергии. Связь NH расходуется и не регенерируется. В производственной системе энергия будет непрерывно подаваться либо электрохимически, либо фотохимически.
"Улавливание углерода в топливо" - откуда берется энергия?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v