Wabashpress.ru

Техника Гидропрессы
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Экодиво: Президент РАН назвал важнейшее открытие Года науки и технологий

Экодиво: Президент РАН назвал важнейшее открытие Года науки и технологий

 Фото: Владимир Гердо/ТАСС

Таким был ответ главы Российской академии наук на вопрос участников Конгресса молодых ученых о том, какое из открытий Года науки и технологий в России он выделяет прежде всего.

Фото: Владимир Аносов/РГ

Академик Сергеев пояснил это следующим образом: полярное лето стало более длинным, и по этой причине "исключительно эффективно и мощно идет депонирование СО2 на морской поверхности". Российские ученые эту взаимосвязь выявили и доказали. Морские водоросли, находящиеся в 10 метрах от поверхности в российских арктических морях, поглощают углекислый газ "гораздо более эффективно", чем это наблюдается в других широтах.

"Это великолепное открытие", — сказал президент РАН.

Заявление, сделанное под занавес научного конгресса, который три дня проходил в парке науки и искусства на федеральной территории "Сириус", можно назвать симптоматичным. По всему миру сейчас изучают, какие природные системы, как и в какой степени депонируют парниковые газы. Или, напротив, выбрасывают их в атмосферу, многократно усиливая антропогенные факторы.

Сегодня же этой теме на конгрессе в "Сириусе" была посвящена специальная сессия "Углеродное регулирование: вызовы и возможности для технологического развития". В числе выступавших и заявленных выступлений — директор центра энергетики Московской школы управления "Сколково" Ирина Гайда, ректор МГИМО Анатолий Торкунов, помощник президента России Андрей Фурсенко, первый вице-президент "Газпромбанка" Наталья Третьяк.

Фото: Максим Боговид/ РИА Новости

Напомним, что в марте 2020 года был представлен проект Европейского закона о климате (European Climate Law). Как ожидают, он станет основанием для введения трансграничного углеродного налога Евросоюза (EU carbon border tax) — своего рода таможенных пошлин на "углеродный след" импортируемой в Европу продукции и сырья.

В июле 2021 года Еврокомиссия обнародовала уточненные планы по введению пограничного углеродного регулирования (carbon border adjustment mechanism, CBAM). Налог на углеродный след экспортируемой в ЕС продукции планируется ввести в тестовом режиме в 2023 году и начать взимать его уже в 2026-м. В первую очередь он коснется таких сегментов индустрии, как цемент, сталь, алюминий, удобрения и электроэнергия. По предварительным подсчетам, суммарные потери отечественных экспортеров могут составить от 3 до 5 млрд долларов в первые два года и до 22 млрд долларов в горизонте до 2030-го.

Фото: Александр Астафьев / РИА Новости

Принципиально то, что такие нововведения обретают глобальный характер. США уже в процессе принятия углеродной политики, а страны Азии, в частности Китай, активно подстраиваются под новые ограничения, чтобы в будущем сохранить свои позиции на международном рынке.

Участники обсуждения сосредоточили свое внимание на том, как обеспечить технологическую готовность российских компаний эффективно контролировать и оптимизировать выбросы СО2, а вместе с тем — сохранить конкурентоспособность России на внешнем рынке и энергетическую безопасность страны в целом.

Углекислый газ. Чем опасно превышение нормы

Углекислый газ

Самочувствие и работоспособность человека тесно связаны с качеством воздуха там, где он трудится и отдыхает. А качество воздуха зависит от наличия в нем вредных веществ и концентрации углекислого газа СО2. Чем опасно повышение уровня углекислого газа?

Что такое углекислый газ

Углекислый газ (углекислота, диоксид углерода, двуокись углерода, оксид углерода, угольный ангидрид) — это бесцветный газ с химической формулой CO2. Он почти не имеет запаха и есть везде в природе.

Концентрация углекислого газа в атмосфере Земли составляет в среднем 0,04 %. Он выделяется при дыхании людей, животных и растений, образуется при гниении и горении органических веществ. В природе СО2 содержится в минеральных источниках, поднимается из водоемов (особенно из болот), вулканов и шахт. Организм человека выделяет приблизительно 1 кг углекислого газа в сутки.

Основными источниками поступления углекислого газа в атмосферу является промышленность и транспорт. Очень много его выделяется при сжигании топлива на предприятиях теплоэнергетики. В лесу и в горах углекислого газа меньше, в крупных промышленных городах концентрация его очень высокая.

Читайте так же:
Подключение электродвигателя 380в на 220в через конденсатор

Углекислый газ

Чем опасно повышение уровня углекислого газа

Качество воздуха зависит от наличия в нем вредных веществ и концентрации углекислого газа СО2. В отличие от угарного газа, углекислый газ нетоксичен, но при вдыхании его повышенных концентраций все живые организмы испытывают удушье.

Незначительные повышения концентрации, вплоть до 2-4 %, в помещениях приводят к развитию у людей сонливости и слабости. Люди страдают от головной боли, головокружения, расстройстве слуха и в потере сознания (симптомы, сходные с симптомами высотной болезни), эти симптомы развиваются, в зависимости от концентрации, в течение времени от нескольких минут до одного часа.

Интенсивно выделяется углекислый газ от газовой плиты при приготовлении пищи. При возрастании содержания в воздухе значения CO2 выше определенной величины человек начинает чувствовать себя дискомфортно, может впадать в дремотное состояние, возникают головные боли, тошнота, чувство удушья. Его влияние настолько постепенное и слабое, что его трудно сразу обнаружить.

Превышение уровня углекислого газа вредно для состояния организма человека, поэтому за ним необходимо следить. Для этого есть специальные датчики (газоанализаторы).

Почему важно следить именно за концентрацией углекислого газа? Потому что его много, измерить легче. Но многочисленные исследования показали, что рост содержания СО2 в помещении напрямую связан с повышением уровня и других вредных веществ (формальдегида, фенола, бензола и т.п.) — это явный признак того, что качество воздуха снижается. Ведь чем хуже вентиляция, тем больше загрязнителей концентрируется в воздухе.

Нормы и правила содержания углекислого газа

В зарубежных стандартах концентрация углекислого газа в воздухе помещений служит индикатором содержания других более вредных загрязняющих веществ и по этому параметру рассчитывается вентиляция.

Европейский стандарт ЕН 13779 «Ventilation for non-residential buildings – Performance requirements for ventilation and room-conditioning systems» в качестве общего базового руководства предлагает принимать концентрацию углекислого газа в сельской местности 350 ppm, в небольших городах 400 ppm, в центрах городов 450 ppm. На самом деле она может быть существенно выше. Например, измерения в центре Москвы в безветренную погоду в конце лета в районе Садового кольца показали, что при достаточно интенсивном движении транспорта уровень СО2поднимался до 900 ppm (0,09 % об.).

Проектировщики многоквартирных и частных домов берут за основу ГОСТ 30494-2011 под названием «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях». Этот документ оптимальным для здоровья человека уровнем CO2 считает 800 — 1 000 ppm. Отметка на уровне 1 400 ppm – предел допустимого содержания углекислого газа в помещении. Если его больше, то качество воздуха считается низким.

Нормы углекислого газа в школах

Чем больше углекислого газа в воздухе, тем сложнее сосредоточиться и справиться с учебной нагрузкой. Зная об этом, власти США рекомендуют школам поддерживать уровень СО2 не выше 600 ppm. В России отметка чуть выше: уже упомянутый ГОСТ считает оптимальным для детских учреждений 800 ppm и менее. Однако на практике не только американский, но и российский рекомендуемый уровень – голубая мечта для большинства школ.

Один из наших экспериментов в школе показал: больше половины учебного времени количество углекислого газа в воздухе превышает 1 500 ppm, а иногда приближается к 2 500 ppm! В таких условиях невозможно сосредоточиться, способность к восприятию информации критически снижается. Другие вероятные симптомы переизбытка СО2: затрудненное дыхание, потливость, воспаление глаз, заложенность носа.

Почему так происходит? Классы редко проветриваются, потому что открытое окно – это простывшие дети и шум с улицы. Даже если школьное здание оснащено мощной центральной вентиляцией, она, как правило, либо шумная, либо устаревшая. Зато окна в большинстве школ современные – пластиковые, герметичные, не пропускающие воздух. При численности класса 25 человек в кабинете площадью 50–60 м2 c закрытым окном углекислый газ в воздухе подскакивает на 800 ppm за каких-то полчаса.

В пресс-релизе ежегодной конференции Европейского респираторного общества в 2006 году были опубликованы результаты исследований, проведенных в пяти странах ЕЭС группой итальянских ученых. Исследования показали, что 68 % детей испытывают на себе негативное влияние СО2 выше уровня 1 000 ppm. У них наблюдалось тяжелое дыхание, одышка, сухой кашель и ринит чаще, чем у других детей. Были сделаны следующие выводы: у детей, находящихся в помещении с высоким уровнем СО2, в 3,5 раза выше риск возникновения сухого кашля и в 2 раза – развитие ринита. Они имеют более уязвимую носоглотку, чем их ровесники.

Читайте так же:
Нормы браковки канатных и цепных стропов

В исследовании корейских ученых о влиянии концентрации СО2 в помещении на приступы астмы у детей, в домах и квартирах, где живут дети больные астмой, замерялся уровень содержания веществ, которые считаются основными загрязнителями воздуха в помещении, таких как СО, NO2, аллергены и СО2. В результате данных исследований были сделаны выводы о том, что самым важным фактором, влияющим на возникновение приступов астмы у детей, является только уровень концентрации СО2.

Как бороться с повышением уровня углекислого газа?

Для постоянного поддержания качества воздуха на высоком уровне нужны вентиляционные системы. В квартире при герметично закрытых пластиковых окнах проблему можно решить с помощью приточных клапанов и вытяжной системы, хороший результат дает использование рекуператора.

При недостаточной вентиляции основной способ обеспечения качества воздуха – регулярное проветривание помещения. Нужно обеспечить постоянный приток свежего воздуха, который будет вытеснять CO2. Это и дешево, и просто. И эффективно.

Другим способом, доказавшим свою эффективность, являются специальные фильтры, поглощающие углекислоту. Их давно используют там, где проветрить невозможно — на подводных лодках, например.

В настоящее время наиболее безопасными для очистки воздуха от газов в помещениях, где находятся люди, можно считать фильтры, основанные на методе адсорбции загрязняющих веществ в составе приточных вентиляционных установок. В качестве фильтрующего элемента используют активированный уголь и высокоэффективные материалы. Такие фильтры уже предлагаются на климатическом рынке.

Хороший способ естественного уменьшения СО2 — комнатные растения. Как и все живые организмы, они тоже выделяют при дыхании углекислый газ. Но при этом в светлое время суток у них происходит процесс фотосинтеза, при котором растения интенсивно поглощают углекислоту и выделяют кислород. При фотосинтезе забирается из воздуха намного больше СО2, чем выделяется при дыхании. Комнатные цветы с большими зелеными листьями лучше всего держать в кухне, гостиной, рабочей комнате, но не в спальне. Их полезно использовать в офисах, школах, производственных помещениях. Помимо углекислого газа, многие из них способны поглощать различные токсичные вещества.

Российские химики создали и отработали технологию очистки газовых смесей от углекислого газа

Учёные Российского химико-технологического университета им. Д. И. Менделеева (РХТУ) вместе с коллегами из Нижегородского государственного технического университета им. Н. И. Алексеева (НГТУ) разработали новую технологию газоразделения, которая позволяет производить очистку газовых смесей от двуокиси углерода. Для этого используются особые кристаллические соединения — газовые гидраты, способные впитывать CO2 в объёме, в 170 раз превышающем собственный. Новая технология поможет улавливать углекислый газ, который выделяют тепловые электростанции. Оптимизация такой разработки для массового внедрения в промышленных масштабах не только снизит количество вредоносных отходов на объектах ТЭК, но и позволит трансформировать выбросы в полезные химические продукты, которые будут использовать в дальнейших технологических цепочках. Результаты исследования опубликованы в журнале Separation Science and Technology .

За прошедшее столетие концентрация CO2 в атмосфере увеличилась почти вдвое, что уже привело к ощутимому повышению температуры на планете. Сокращение выбросов на объектах энергетики, поиск новых путей к решению проблемы декарбонизации экономики и попытка трансформировать вредоносные выбросы в полезные химические продукты — первоочередные научные задачи коллектива российских химиков из РХТУ и НГТУ.

В настоящее время для улавливания углекислого газа в ТЭЦ чаще всего применяется химическая адсорбция, при которой CO2 продувается через холодные растворы аминоспиртов и концентрируется в колонне в результате обратного процесса — десорбции. Особое внимание отрасли привлекают и потенциальные альтернативы, такие как мембранная сепарация газа, криогенная дистилляция, адсорбция под давлением и абсорбция жидкости.

Читайте так же:
Холодная сварка универсальная инструкция по применению

В своём новом исследовании российские учёные из РХТУ и НГТУ экспериментировали с ещё одним решением — технологией газовой кристаллизации, позволяющей внедрять эффективные методы газоразделения. При наличии определённых добавок и создании определённых условий, включающих изменение давления и температуры, в газовой смеси образуются кристаллические соединения, впитывающие исключительно углекислый газ.

Новый гибридный (совмещённый) метод с использованием газовых гидратов при участии поверхностно-активных веществ (ПАВ) и соли бромида тетрабутиламмония (TBAB) позволяет очищать воздух и получать качественный химический продукт в виде чистой углекислоты, объясняет научный руководитель исследования, профессор, доктор технических наук, и. о. ректора РХТУ Илья Воротынцев.

«У нас уже была разработана эффективная технологическая схема выделения диоксида углерода из дымовых газов ТЭЦ с непрерывной мембранной колонной. Уникальность же нового метода в том, что газовый гидрат обладает высокой ёмкостью и селективностью. Поэтому единичный объём газового гидрата способен вмещать в себя до 170 объёмов газа. Для крупнотоннажной химии, для массового внедрения как мембранных, так и газогидратных технологий, необходимы сами мембранные модули. Такие модули разрабатывают американские, европейские, китайские компании, которые работают с действительно большими объёмами. На территории России есть несколько производств, где создаётся довольно большое количество модулей, но всё же у нас такое производство пока не носит массовый характер. Без сомнения, можно сказать, что нашей стране таких мощностей недостаточно, а за такими технологиями будущее», — поясняет профессор Илья Воротынцев.

В ходе исследования учёными были использованы модульная газовая смесь, имитирующая воздух в ТЭЦ, два распространенных ПАВ Tween80 и SDS, которые испытывались в различных концентрациях и интенсифицировали все переходные процессы за счёт увеличения площади контакта газовой среды с поверхностью гидратообразователей, а также соль TBAB, позволяющая снижать давление в смеси в 5—7 раз. Для образования газовых гидратов создавались особые условия: эксперименты проводились в реакторе периодического действия с перемешиванием при постоянной температуре около 0°C (273,55 К) и начальном давлении 2,1 МПа.

Разрушение газовых гидратов в ходе экспериментов происходило во время нагрева смеси: высвобождались упомянутые 170 объёмов CO2 и происходил резкий скачок давления. По мнению Ильи Воротынцева, этот перепад также можно использовать в практических целях, в том числе для снижения нагрузок на компрессорные установки. При этом сам углекислый газ, отмечает учёный, получился уже чистым, готовым к транспортировке, хранению, дальнейшему использованию и любой последующей трансформации.

«Газогидратные технологии — в принципе свежее решение. Ранее такие процессы, наоборот, блокировались. Внедрялись ингибиторы, подавляющие появление газогидратов. Вспомним аварию в Мексиканском заливе, когда затонула платформа Deepwater Horizon и был поврежден трубопровод, по которому перетекала нефть с морского дна. При высоком давлении и низкой температуре на глубине возникли прекрасные условия для формации газовых гидратов, накопивших большое количество метана, что и предотвратило закупоривание пробоины», — говорит Илья Воротынцев.

Илья Воротынцев напомнил, что метод и технология использования газовых гидратов для очистки фторида серы и тетрафторида углерода были созданы и внедрены ранее его отцом Воротынцевым Владимиром Михайловичем. Новая технология лаборатории Ильи Воротынцева полных аналогов не имеет. Этого удалось достигнуть, в том числе благодаря внедрению особых инжиниринговых решений и их совмещению в одной технологической схеме, отмечает учёный. Также он указал на синергетический эффект новой технологии в отношении снижения энергопотребления:

«В сравнении с классическими методами кристализации, ректификации и дистилляции мембранный метод и так уже является энергосберегающим, а тут снижение энергопотребления происходит и за счёт правильного распределения газовых магистралей в технологической схеме, и оптимизации целого ряда параметров».

Эффективность нового метода очистки может быть предельно высокой, однако у него есть экономическое ограничение, которое ещё предстоит преодолеть, поясняет Илья Воротынцев:

Читайте так же:
Схема включения магнитного пускателя с тепловым реле

«В процессе газоразделения потока на части очень важен коэффициент этого разделения. Если, к примеру, он равен 10, то это значит, что после разделения состав одной смеси будет в 10 раз отличаться от состава другой. И это лишь на единичной разделительной ступени. А если мы таких ступеней поставим несколько, то каждый раз содержание газа будет снова в 10 раз концентрироваться в одной части, в другой — снижаться. И при повторении циклов очистки величина эта будет стремиться к нулю. С точки зрения технологии мы так можем очищать до исчезающе малых величин. Здесь нас сдерживает только экономика, так как для каждого цикла нужно организовать, в том числе, достаточный перепад давления, а он на каждой ступени снижается. Для повышения давления нужен компрессор, а это уже дополнительная трата ресурсов для его работы».

Коллектив учёных продолжает работу по экономической оптимизации новой технологии. Перед ним встаёт вопрос экономической целесообразности, относительно сложные технико-экономические расчёты, в том числе с учётом экологического баланса и других параметров. В настоящее время себестоимость выделения CO2 составляет около $30—40, в среднем $35 за тонну.

«Мы все свои разработки пытаемся внедрять в промышленность. Уже на этапе постановки научной задачи смотрим: как, каким образом, через какое время она может быть реализована, кто из индустриальных партнёров мог бы это сделать, какого уровня развития технологий мы к тому времени достигнем. Нашей командой уже построено несколько производственных установок, в своё время мы создали рынок высокочистых газов для микроэлектроники. У нас уже есть научно-технологическая схема для крупномасштабного производства, есть и готовая технологическая схема для экспериментальной разработки по выделению газа ксенона, который имеет широкое применение, в том числе для анестезии, микроэлектроники и т. д. Но надо понимать, что сам ксенон — газ дорогой, он стоит более 200 тыс. рублей за 1 кг. В случае с газовыми гидратами и CO2, который не стоит так дорого, как ксенон, мы сейчас активно работаем над экономической оптимизацией, дальнейшим снижением издержек», — рассказывает о дальнейших планах коллектива Илья Воротынцев.

Описанная технология укладывается в современные тренды и актуальные стратегии развития Менделеевского университета. Она основана на принципах ESG-партнёрства и «зелёной» химии, полностью соответствует стратегии развития РХТУ как участника программы «Приоритет-2030», а также способна глобально решать проблемы окружающей среды и социальной ответственности бизнеса, считает учёный.

«Даже в развитых технологиях зачастую проще сжечь, чем трансформировать, найти полезное применение. Наша же задача — забрать те выбросы, которые производят предприятия, и превратить их в товарный продукт. По моему глубокому убеждению, CO2 должен трансформироваться в другие химические продукты, которые будут использоваться в дальнейших технологических цепочках, а не загрязнять атмосферу. Это могут быть метиловый спирт, этиловый спирт и другие продукты. Также существуют и разрабатываются новые технологии физической сорбции — улавливания углерода с помощью особых твёрдых сорбентов (MOF, metal organic frameworks). Потом при десорбции эти MOF могут использоваться как аккумуляторы CO2 для улучшения роста агропромышленных культур. Применяются и различные мембранные методы, в том числе разработки нашего коллектива, пусть пока они и не нашли ещё массового применения», — подытожил Илья Воротынцев.

Углекислый газ – токсичное вещество

Углекислый газ – вещество без цвета и запаха, по сравнению с воздухом является более тяжелым веществом. При повышенной концентрации его относят к удушливым газам. Даже крайне незначительное повышение процента его содержания в помещении (до 2%) приводит к таким негативным последствиям для человека и животных, как слабость и сонливость.

Десятипроцентную концентрацию считают уже очень опасной. В этом случае углекислый газ способен вызвать такие неприятности, как головные боли, расстройства слуха, а так же обморочные состояния. Радует то, что к необратимым последствиям воздействие этого газа не приводит. Как только помещение будет проветрено, организм обновляется, и человек перестает чувствовать боль и дискомфорт.

Читайте так же:
Обработка металла под давлением

Токсичность газа

В обычном состоянии углекислота не токсична. Как уже упоминалось выше, опасность представляют только повышенные его концентрации. Вдыхание большого его количества приводит к смерти.

Углекислота окружает нас постоянно

Атмосферный воздух состоит из трех основных веществ, одним из которых и является углекислый газ. Даже в совершенно чистых в плане экологии районах его концентрация составляет не менее 0,03%. Для дыхания же животных и человека безопасным можно считать воздух, концентрация СО2В в котором составляет не более 0,05%.

Уже при 0,06% могут проявляться такие симптомы, как слабость и замедленная реакция. Так же несколько нарушается дыхание и способность к сосредоточению. Тем, что живет в мегаполисах и трудится в офисах знакомо состояние, называемое синдромом больного помещения. Он проявляется при концентрациях в 0,08%. Люди, работающие в душных кабинетах, редко проветриваемых, начинают часто кашлять и быстро утомляются. При проявлении подобных симптомов следует сделать экспертизу воздуха для точного установления процента содержания СО2.

Дискомфорт и повышенная слабость при содержании в 0,1% значительно увеличиваются. Ежедневное пребывание в такой комнате может даже привести к негативным изменениям в структуре ДНК. Если же уровень углекислоты в воздухе увеличивается до 10%, человеку становится очень трудно дышать. При 30% начинают отчетливо проявляться все признаки отравления. Лишь один час вдыхания такого воздуха может привести к летальному исходу. 40% же не оставляют живому организму совершенно никакого шанса на выживание.

Установлено, что за час человек вдыхает около 20 литров кислорода. При этом в окружающую среду поступает около 18 л углекислоты. Этот же газ выделяется так же в результате жизнедеятельности бактерий при гниении чего-либо в подвалах или колодцах. В изолированных от внешнего мира помещениях он способен накапливаться. Это объясняет тот факт, что с появлением окон ПВХ синдром больного здания у людей начал проявляться намного чаще. По этой же причине отмечен рост процента заболевших астмой. Поэтому наиболее простым решением профилактики отравлений СО2 является обыкновенное проветривание помещений.

На настоящий момент изучены еще далеко не все вредные свойства этого газа. Он на самом деле может представлять собой достаточно серьезную опасность. Поэтому игнорирование опасных концентраций этого тяжелого газа в помещении можно считать просто непростительной ошибкой.

Как защититься от воздействия

Жители городов порядка 90% всего времени проводят внутри помещений. А в закрытом пространстве процент содержания углекислого газа всегда намного выше, чем на улице. Если же рядом со зданием проходит шоссе, то даже улица не способна в достаточной мере обеспечить помещение нормальным уровнем кислорода. В этом случае на помощь могут прийти дополнительные средства фильтрации воздуха. Если ими не пользоваться неизбежно появление таких симптомов отравления, как бессонница, снижение иммунитета, нарушение обмена веществ, хроническая усталость, сердечнососудистые заболевания и т.д.

Уровень концентрации даже в экологически благополучных районах на данный момент составляет 380 ppm. Если этот показатель достигнет 600 ppm, планета станет идентичной душной комнате, и люди вряд ли хорошо смогут приспособиться к подобным условиям проживания. В офисах концентрация этого газа достигает в среднем 800 – 1200 ppm, а переполненных помещениях и все 2000.

Недавно ученые обнародовали результаты исследований, которые приводят к заключению о том, что токсичное воздействие СО2 на людей постепенно увеличивается. Так, например, из-за снижения кислотности крови, к которой приводит именно повышенная вдыхаемая доза СО2, учащается пульс, ухудшается слух, затрудняется дыхание, возникают слабость и головные боли.

По некоторым данным даже очень небольшой процент содержания углекислоты во вдыхаемом воздухе вызывает крайне негативные биохимические процессы в крови человека.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector