Процесс, обратный горению углерода

Нафига, если ты и так уже упомянул электролиз воды?

Фотосинтез.

Возможно прямое разложение CO2 электрической дугой. Только это затратно очень. Если хочется из атмосферы выделять именно углерод, то самый дешёвый способ - вырастить растения, а потом прокалить их без доступа кислорода. (Короче, как древесный уголёк делали.)

Но не обязательно получать именно чистый углерод. Можно удобрения. Можно уграный газ.

А окисление, это что такое?

Есть разные фотокаталитические реакции. Например банальное получение метана:

CO₂ + 2H₂O(пар) → CH₄ + 2O₂.

Или получение углеводородов и спиртов на оксиде титана в парах воды, по типу:

CO₂ + 6H⁺ + 6e⁻ → CH₃OH + H₂O

Ну или фотосинтез — тоже фотокаталитическая реакция

А окисление, это что такое?

В узком смысле — соединение вещества с кислородом, в более широком — поря электронов или повышение степени окисления.

А как можно получить углерод из углекислого газа?

тебе потребуется МНОГО энергии и способ доставки. Можно всё, но энергетически это невыгодно.

Рекомбинация соединений участников системы с переходом в энергетически устойчивое (минимальное) состояние.

ЗЫ. Добавить про «самоподдерживающийся процесс»

Электролиз - это для воды. А как разложить двуокись углерода?

Тоже хочу себе тонерное дерево. Вбиваешь в ствол трубочку и получаешь чистый порошковый углерод...

Например, реакцией с гидридом лития:

LiH + CO₂ → LiCOOH,

который под действием кислот освобождает муравьиную кислоту, которую можно восстанавливать далее до CH₃OH.

Электролиз для восстановления CO₂ невозможен по банальной причине — это неэлектролит, хотя литература говорит о возможности восстановления карбонатов (солей угольной кислоты) в неводных средах (расплавах).

Есть разные фотокаталитические реакции. Например банальное получение метана:

CO₂ + 2H₂O(пар) → CH₄ + 2O₂.

В Википедии эта реакция даёт не метан а формальдегид:
CO₂ + 2H₂O + hv → (CH₂O) + O₂
или это не совсем та реакция? hv - это хлорофил?

Или получение углеводородов и спиртов на оксиде титана в парах воды, по типу:

CO₂ + 6H⁺ + 6e⁻ → CH₃OH + H₂O

Где здесь исходные титан и пары воды? 6H⁺ + 6e⁻ - это перегретый пар.

На сколько эти реакции эффективны с точки зрения КПД? Тоесть какая часть потраченной на них энергии может быть получена обратно при сжигании получившихся углеводородов?

Электролиз для восстановления CO₂ невозможен по банальной причине — это неэлектролит

Из-за отсутсвия жидкого агрегатного состояния при обычном давлении или даже сжиженый CO₂ не может быть электролитом?

Да, не может. Если, конечно, не говорить о каких-то экстремальных условиях типа десятков тысяч атмосфер и сотни градусов нагреваю

Углекислый газ становится жидким уже при 70 атмосферах. Что ему мешает быть электролитом в таком состоянии?

Отсутствие автоионизации. Ты про такие вещества как «изоляторы» слышал?

Каталитическое восстановление водородом.

Например: https://www.nature.com/articles/s41929-017-0018-9

Я не химик, изоляторы знаю лишь электрические, а так же тепло и звуко изоляторы. Скорее всего ты спрашиваешь не о них. Кстати, является ли электролитом чистая вода или всё же водный раствор соли или кислоты? Что растворяется в сжиженой двуокиси углерода?

hv - это хлорофил?

Это свет

Вот это здорово, спасибо. Нда, водород - это та еще срань... А ведь водород - это, по сути, металл.

является ли электролитом чистая вода

Является

же водный раствор соли или кислоты?

В них присутствуют ионы, которые появляются благодаря высокой полярности молекул воды. Кстати, кислоты — это вещества, повышающие концентрацию сольватированных протонов H⁺ в воде, а основания (щелочи) — ионов OH¯ — оба эти иона — продукты того самого процесса автоионизации

H₂O ⇌ H⁺ + OH¯

именно эти ионы теряют/приобретают электроны в процессе электролиза. Поскольку концентрация их в чистой воде мала, в воду добавляют кислоту или щелочь (но вместе!) чтобы получить раствор с высокой электропроводностью. Но в целом, в таких растворах электролизу подвергается именно вода. Если взять к примеру раствор щелочи NaOH, то теряет электрон (на аноде) ион OH¯, а на катоде вместо иона Na⁺ разряжаются протоны H⁺, поэтому в сумме проходит процесс

2H₂O → 2H₂ + O₂

Если вернуться к CO₂ то ни в жидком, ни в твердом состоянии ионов нет, поскольку молекула CO₂ неполярна и даже если ионы сумели образоваться

2CO₂ → CO₂¯ + CO₂⁺

то в окружении неполярных молекул их энергия оказывается настолько высока, что процесс немедленно обращается — это значит что их равновесная концентрация чрезвычайно мала, а вещества, потенциально *уже* содержащие их, типа NaCO₂ мало того, что неустойчивы, так еще и будут крайне плохо растворяться в жидком CO₂.

В итоге, электролиз CO₂ в неэкстремальных условиях невозможен. Равно как и бензина или керосина, которые представляют собой жидкие углеводороды — тоже вещества с неполярными молекулами.

или это не совсем та реакция?

Возможно много реакций, в том числе и такая. Если развернуть, будет что-то вроде:

CO₂ + e⁻ → ⋅CO₂⁻
⋅CO₂⁻ + ⋅H → CO + OH⁻
CO + e⁻ → ⋅CO⁻
⋅CO⁻ + ⋅H → C + OH⁻
C + ⋅H → ⋅CH
⋅CH + ⋅H → ⋅CH₂
⋅CH₂ + ⋅H → ⋅CH₃
⋅CH₃ + ( ⋅H | ⋅OH | x⋅CH₂ ) → CH₄ | CH₃OH | CₘHₙ

hv - это хлорофил?

Это фотон.

Где здесь исходные титан и пары воды?

Оксид титана — катализатор, служит источником электронов и дырок при облучении фотонами. Дырки влияют на разложение воды. Максимальный потенциал будет у реакций образования метана и метанола.

На сколько эти реакции эффективны с точки зрения КПД?

КПД преобразования ультрафиолета в метан? Ну, свети себе солнышком, и всё. Золь-гель процесс получения наночастиц диоксида титана достаточно прост. Выход экспериментальных установок что-то около единиц микромоль на грамм в час.

Водород очень сложно хранить. Да и электроды не дешевые.

Углекислый газ ток не проводит, а в воде будет разлагаться вода, а не углекислый газ. Поэтому те же растения сначала получают протоны (ионы водорода), а потом ими восстанавливают углекислоту. КПД всего процесса - меньше 1%, при том что КПД преобразования солнечной энергии в протоны - 17%, что выше чем у дешевых солнечных батарей.
Лучше уж алюминиево-воздушные аккумуляторы до ума доводить.

В стрессовых условиях (нехватка серы) можно заставить водоросли выделять водород непосредственно. Хотя интереснее заставить их получать углеводороды, хотя бы этан.

При температуре выше 7-8 тысяч градусов большая часть углекислого газа разложится. Нагревайте

КПД преобразования ультрафиолета в метан?

Сколько молекул CO2 превращается после падения одного фотона? И для сравнения, сколько молекул HCl образуется от одного фотона при реакции H2+Cl2 ? (Если правильно помню школьный учебник — несколько тысяч HCl.)

И есть ли подобные реакции без участия воды? Например, в условиях Венеры?

А как можно получить углерод из углекислого газа? Или, если не чистый углерод, то хотя бы угарный газ (моноксид углерода)

например нагревать смесь углекислого газа с водородом, на выходе должно получиться

Сколько молекул CO2 превращается после падения одного фотона?

Я же сказал: за час под солнцем 1/44 моля CO₂ превращается в несколько микромоль смеси метана, метанола, что там ещё будет (возможно, алдегид, муравьиная кислота…) и их соединений. Это на чистом TiO₂, чувствительном только к ультрафиолету. Можно сенсибилизаровать катализатор к видимому спектру, допируя азотом или светособирающими агентам (какие-нибудь производные порфирина, типа хлорофилла), что увеличит выход в десятки раз.

И есть ли подобные реакции без участия воды? Например, в условиях Венеры?

Не знаю, что там будет твориться в атмосфере почти чистого диоксида углерода в сернокислотных облаках. Ну распадётся случайно небольшое количество CO₂ на CO, которого имеются следовые количества, и атомарный кислород. Ионы водорода тоже есть, но метана в атмосфере фиксируется даже меньше, чем водяных паров и CO. Озоновый слой, кстати, у Венеры есть, как и постоянная потеря атмосферой кислорода и водорода.

Можно, но невыгодно. Сунь горящую магниевую проволоку в сосуд с СО2 - магний заместит углерод. Но, повторюсь, это невыгодно.

И для сравнения, сколько молекул HCl образуется от одного фотона при реакции H2+Cl2 ? (Если правильно помню школьный учебник — несколько тысяч HCl.)

Только потому, что фотон в этой реакции лишь инициатор, а источник энергии.

Это на чистом TiO₂, чувствительном только к ультрафиолету. Можно сенсибилизаровать

Еще есть модная тема с плазмонами, возбуждаемым светом в наночастицах серебра или золота, нанесенных на поверхность titania.

фотон в этой реакции лишь инициатор, а источник энергии.

Опечатка? "...а НЕ источник энергии..."? Я про это и говорю. Сколько реакций породит единственный инициатор?

за час под солнцем 1/44 моля CO₂ превращается в несколько микромоль смеси

На какой площади?

Это на чистом TiO₂, чувствительном только к ультрафиолету.

То есть использует ~15% доходящей до земли энергии.

Я полез искать данные по мощности солнечного излучения. Пока ищу.

На какой площади?

Лабораторного реактора, в котором перемешивается вода с наночастицами оксида титана, в которой растворено максимум углекислого газа. Процесс есть куда оптимизировать.

НЕ источник энергии

Да, конечно «не».

Сколько реакций породит единственный инициатор?

Если реакция протекает с выделением энергии, то сколь угодно много, если озаботиться предотвращением обрыва реакционных цепей.

Реакция разложения воды на водород и кислород НЕ цепная, и идёт с *поглощением* энергии, так что инициатор вызывает только один реакционный акт, но обычно много меньше.

Только на втором абзаце осознал, что я на ЛОРе, а не на GT.

То есть статьи с картинками не будет. :(

Я полез искать данные по мощности солнечного излучения. Пока ищу.

В космосе на околоземной орбите 1361 ватт на квадратный метр. На поверхности Земли при угле в 90 градусов и ясной погоде от 1000 до 1020 ватт на квадратный метр.

Эффективнее чем у растений у тебя все равно не получится. Собственно, рапс, который сейчас активно добавляют в бензин, это примерно оно и есть. И даже в промышленных масштабах.

Почему не получится? Например самолёты летают совсем не так как птицы. Неужели птицы летают эффективнее?

Неужели птицы летают эффективнее?

Определи, что такое «эффективность» полета?

Скорость, высота, затраты энергии.

Электролиз - это для воды. А как разложить двуокись углерода?

Попробуй подвергнуть электролизу газировку. Раствор углекислоты в воде вполне годный электролит. Что за НЕХ получится не знаю, но точно что-нибудь прикольное.

когда в детстве с электролизом игрался, помню, раствор нагревался. не знаю как это в промышленности обходят, у меня в первом классе не было интернета, но твоя газировка и рвануть может похлеще самогонного аппарата.

Ну я думаю про первые два параметра глупо спрашивать. Я думаю ни у кого не вызывает сомнений кто летает выше и быстрее. На счет затрат энергии, как считать будем? Кто больше тратит калорий в минуту? Калорий на тонно-километр полезной нагрузки? Я боюсь что самолеты тут атомно всосут.

А самое главное, у птиц и самолетов задачи немного разные. Птице нахрен не надо летать на высоте 10 км и со скоростью 700 км/ч. По габаритам и решаемым задачам птицы ближе к дронам чем к самолетам. И вот тут уже сразу становится очевидно кто эффективнее — природа или человек.

Хорошо, по энергозатратам при одинаковых: высоте полёта, скорости, общем весе. Почему самолёты не летают как птицы - взмахивая крыльями? Потому что так летать неэффективно.

То есть по-твоему раскалять воздух до нескольких сот градусов и немедленно выбрасывать его в атмосферу до фига эффективно? Просто представь энергетические потери самолета и птицы.

Я даже больше скажу, турбины на самолеты ставят вовсе не потому что они страшно эффективные. На скоростях до ~500 км/ч турбовинтовые двигатели рвут турбины как тузик грелку. Но их не ставят, потому что 1) ползать на 500 км/ч никто не хочет, и 2) они очень шумные, и не укладываются в европейские нормы. Так что турбины ставят вовсе не из соображений эффективности.

На таких скоростях турбина явно эффективнее взмахов крыльями. У винтового движетеля тоже есть скоростные пределы эффективности. Не даром ещё во Вторую мировую начали переход на реактивную тягу. Если хочешь сравнить полёт на скоростях сравнимых с птичьими, то посмотри на малую авиацию. Например на самолёты, для орошения полей. Там тоже крыльями не машут. А ведь первые попытки летать были как раз таки попытками повторить полёт птицы.

Птице нахрен не надо летать на высоте 10 км

Птицы с тобой не согласны ©.

И вот тут уже сразу становится очевидно кто эффективнее — природа или человек.

Природа, ибо сопоставимые по размерам высотные беспилотники пока так летать не могут.

Почему самолёты не летают как птицы - взмахивая крыльями? Потому что так летать неэффективно.

Объясни это шмелю. Вот уж кто рвет всех как тузик грелку. Даже птицам такие характеристики по энергоэффективности не снились. :)

Проблема не использования машущего полета не в низкой эффективности оного, а в том что как он происходит, современной науке просто неизвестно. Да и с конструкционными материалами у современной науки пока в сравнении с природой полный швах.