1.Двуокись углерода: Ключевой компонент атмосферы Земли
Двуокись углерода, бесцветный и без запаха газ, составляет примерно 0,04% атмосферы Земли. Она образуется в результате различных природных процессов. Дыхание является основным источником, так как животные и люди выдыхают двуокись углерода как неотъемлемую часть этой физиологической функции. Разложение также вносит значительный вклад; по мере того как органическое вещество постепенно разлагается, двуокись углерода выделяется в воздух. Вулканическая активность выступает в качестве еще одного природного эмиттера, освобождая двуокись углерода, хранящуюся глубоко в земной коре. Более того, сжигание, особенно сжигание ископаемого топлива, такого как уголь, нефть и газ, генерирует значительные количества двуокиси углерода. Однако двуокись углерода также является заметным парниковым газом. Из-за обширной человеческой деятельности, такой как неограниченное сжигание ископаемого топлива и широкомасштабная вырубка лесов, ее концентрация в атмосфере постоянно растет, усугубляя феномен глобального потепления.
2.Сухой лед: Загадочное превращение двуокиси углерода
Сухой лед представляет собой твердое состояние двуокиси углерода, образованное путем сжатия и охлаждения газообразной двуокиси углерода до экстремально низкой температуры -78,5°C (-109,3°F). Одним из самых замечательных аспектов сухого льда является его уникальный механизм физического превращения. В отличие от обычного льда, который тает в жидкость, сухой лед подвергается сублимации, непосредственно переходя из твердого состояния в газообразное. Это свойство наделяет его несколькими отличительными чертами. Его экстремально низкая температура делает его идеальным выбором для приложений, требующих быстрого охлаждения. Кроме того, поскольку он полностью сублимируется, не остается остаточной жидкости, что является весьма выгодным в многочисленных сценариях. Более того, когда сухой лед вступает в контакт с водой, он производит густой туман, что делает его популярным для создания спецэффектов в различных областях, включая развлечения и мероприятия.
3.Двуокись углерода: Многофункциональный "мастер на все руки" в промышленных приложениях
(1)Незаменимый союзник в добыче нефти
В области увеличения нефтеотдачи (EOR) двуокись углерода играет ключевую роль. При закачке в истощенные нефтяные резервуары двуокись углерода эффективно снижает вязкость сырой нефти. По мере уменьшения вязкости нефть становится более текучей и легче течет. Одновременно закачка двуокиси углерода повышает давление в резервуаре. Этот комбинированный эффект выталкивает дополнительную сырую нефть, которая в противном случае осталась бы в ловушке. По сравнению с традиционными методами добычи нефти, этот подход имеет потенциал увеличения нефтеотдачи на 30 - 60%. США и Канада находятся в авангарде внедрения CO - EOR. Например, в Пермском бассейне Техаса реализовано множество проектов с использованием этой технологии, что значительно увеличило добычу нефти.
(2)Надежный партнер в обработке металлов
Двуокись углерода находит широкое применение в сварке и металлообработке. В MIG (металлическая инертная газовая) сварке она функционирует как защитный газ. Во время сварочного процесса сварочная ванна очень подвержена окислению, что может ухудшить прочность и качество сварного шва. Двуокись углерода образует защитный барьер вокруг сварочной ванны, предотвращая попадание кислорода и, следовательно, предотвращая окисление. При смешивании с аргоном она дополнительно улучшает стабильность дуги и проникновение, особенно при сварке нержавеющей стали и алюминия. В лазерной резке используются CO-лазеры. Эти лазеры могут достигать точной резки металлов, пластмасс и композитов. Высокоэнергетический лазерный луч, генерируемый CO-лазерами, может расплавить или испарить материал, который режется, что приводит к чистой и точной резке.
(3)"Маэстро вкуса" и "страж свежести" в пищевой и напиточной промышленности
Двуокись углерода имеет множество применений в пищевой и напиточной промышленности. В карбонизации она придает характерное шипение газировкам, пиву и газированной воде. Когда двуокись углерода растворяется в этих напитках под давлением, она образует угольную кислоту, которая обеспечивает освежающий вкус и шипучесть, которые потребители ценят. В модифицированной атмосфере упаковки (MAP) двуокись углерода используется для продления срока хранения пищевых продуктов. Заменяя кислород в упаковке продуктов питания на двуокись углерода, подавляется рост аэробных бактерий и грибков, так как эти микроорганизмы зависят от кислорода для выживания. Это помогает сохранить свежесть пищи на более длительный срок. Сухой лед, который является твердой двуокисью углерода, используется в замораживании и охлаждении. Он может использоваться для мгновенного замораживания морепродуктов, птицы и готовых к употреблению блюд. Экстремально низкая температура сухого льда позволяет быстро замораживать, что помогает сохранить качество, текстуру и вкус пищи.
(4)Новатор в области пожаротушения
Огнетушители с двуокисью углерода очень эффективны для тушения электрических пожаров и пожаров с горючими жидкостями. Принцип их работы двоякий. Во-первых, двуокись углерода вытесняет кислород вблизи пожара. Поскольку кислород необходим для горения, снижение его концентрации может потушить пожар. Во-вторых, по мере выброса двуокиси углерода из огнетушителя она быстро расширяется и охлаждает окружающую область, дополнительно подавляя пожар. Благодаря этим свойствам огнетушители с двуокисью углерода часто используются в серверных помещениях, где присутствует деликатное электрическое оборудование, и водные огнетушители могут нанести ущерб. Они также используются в промышленных объектах и морских приложениях, где часто встречаются горючие жидкости.
(5)Скрытый герой в фармацевтической и биотехнологической сферах
В фармацевтической и биотехнологической областях углекислый газ имеет значительные применения. Экстракция сверхкритическим CO — это метод, используемый для изоляции эфирных масел, кофеина и фармацевтических соединений. В этом процессе углекислый газ доводится до сверхкритического состояния, в котором он проявляет свойства как газа, так и жидкости. Он может растворять различные вещества без необходимости использования потенциально вредных растворителей, что делает его более экологически чистым и чистым методом экстракции. Криоконсервация, которая включает хранение биологических образцов, вакцин и стволовых клеток при ультранизких температурах, часто использует сухой лед. Экстремально низкая температура сухого льда помогает сохранить жизнеспособность и целостность этих биологических материалов для длительного хранения.
(6)Новое решение для промышленной очистки
Очистка сухим льдом — это неабразивный и экологически чистый метод очистки. В этом процессе сжатый воздух используется для ускорения холодных частиц сухого льда к поверхности, которую нужно очистить. Совместное действие кинетической энергии от сжатого воздуха и термического удара от холодных частиц сухого льда эффективно удаляет загрязнения. Частицы сухого льда сублимируются при ударе, не оставляя остатка. Это делает его идеальным методом очистки для машин, форм и электроники. В аэрокосмической промышленности, где точность и чистота имеют первостепенное значение, очистка сухим льдом используется для очистки компонентов самолетов. В автомобильной промышленности он может использоваться для очистки двигателей и других частей. В пищевой промышленности он используется для очистки оборудования без риска химического загрязнения.
(7)Экологически безопасный помощник в очистке воды
В очистке воды углекислый газ используется для нейтрализации щелочной воды на очистных сооружениях сточных вод. Щелочная вода, если ее сбрасывать без надлежащей обработки, может быть вредной для окружающей среды и водной жизни. Углекислый газ реагирует с щелочными веществами в воде, регулируя уровень pH. По сравнению с использованием минеральных кислот, таких как серная кислота, углекислый газ является более безопасным и точным. В аквакультуре поддержание оптимального уровня pH имеет решающее значение для здоровья и роста рыбы. Углекислый газ используется для регулирования pH в рыбоводных прудах, создавая подходящую среду для рыбы.
(8)Многообещающая звезда в сфере охлаждения
Углекислый газ (R744) набирает популярность как природный хладагент в супермаркетах и холодных складах. Традиционные хладагенты, такие как фреон, оказывают неблагоприятное воздействие на окружающую среду, включая разрушение озонового слоя и способствование глобальному потеплению. В отличие от них, углекислый газ является более энергоэффективной и экологически чистой альтернативой. Он имеет более низкий потенциал глобального потепления и не разрушает озоновый слой. В системах охлаждения супермаркетов установки на основе углекислого газа могут обеспечивать эффективное охлаждение, снижая экологический след.
4. Улавливание и использование углерода: маяк надежды на будущее
Улавливание и использование углерода (CCU) — это развивающаяся технология. Ее цель — улавливать выбросы углекислого газа с заводов и превращать их в полезные продукты. Например, в производстве бетона на основе CO углекислый газ включается в бетонную смесь, снижая общий углеродный след строительной отрасли. В синтезе топлив углекислый газ может использоваться в качестве сырья для производства синтетических топлив через химические реакции. Кроме того, в пластиковой промышленности ведутся усилия по разработке пластмасс из углекислого газа, предлагая более устойчивую альтернативу традиционным пластмассам, получаемым из ископаемого топлива.
Заключение
Углекислый газ — это не просто парниковый газ, это универсальный промышленный ресурс с применением в нефтедобыче, сварке, пищевой промышленности, пожарной безопасности и экологических технологиях. Сухой лед с его уникальными свойствами сублимации играет важную роль в логистике холодовой цепи, очистке и спецэффектах.
Однако, несмотря на многие полезные применения CO, его растущая концентрация в атмосфере остается актуальной экологической проблемой. Инновации, такие как улавливание и хранение углерода (CCS) и использование CO, являются ключом к балансировке промышленных нужд с климатической ответственностью.
Понимая разнообразные применения CO, промышленность может использовать его потенциал, работая над устойчивыми и низкоэмиссионными решениями для будущего.
CO является одним из основных парниковых газов, чрезмерные выбросы которого приводят к глобальному потеплению, окислению океанов и другим экологическим проблемам. Международное сообщество стремится к сокращению выбросов через соглашения, такие как Парижское соглашение, и разрабатывает технологии улавливания углерода (CCUS) для балансировки выбросов.
В заключение, CO — это не только важное вещество для жизнедеятельности, но и объект климатических вызовов, и его рациональное использование и управление необходимы для устойчивого развития.
