Класифікація технологій утилізації діоксиду вуглецю в умовах економіки замкнутого циклу
Анотація
У статті наведено основні методи переробки вуглекислого газу в різні сполуки, окреслено їх переваги й недоліки з погляду можливості їх використання для циркуляційної економіки. Це: звичайне термічне перетворення вуглекислого газу. У свою чергу, поділяється на розщеплення вуглекислого газу та перетворення СО2 у поєднанні з ко-реактивом, метаном, Н2 або Н2О. Перший спосіб не дуже ефективний і використовується мало. Другий дає змогу отримувати різноманітні органічні сполуки; сонячна термохімічна конверсія – використання сонячної енергії для термохімічного перетворення. Цей метод не потребує додаткових джерел енергії і не справляє негативного впливу на навколишнє середовище; фотохімічне перетворення. Цей метод відрізняється від сонячного перетворення тим, що він використовує енергію фотонів для здійснення реакції; безхімічна конверсія. Таке перетворення сонячної енергії в хімічну є «природним» фотосинтезом для виробництва біопалива; електрохімічне перетворення. Це метод, при якому електрична енергія подається для створення потенціалу між двома електродами осередку, що дає можливість перетворювати вуглекислий газ на хімічні сполуки; плазмова технологія перетворення вуглекислого газу. Це метод, який використовує різні типи плазми. Серед розрядів як найбільших джерел плазми, що використовуються для перетворення вуглекислого газу, є діелектричний бар’єрний розряд (також званий «тихим» через «повільні» електрони), мікрохвильова піч, ковзна дуга, тління, корона, іскра та імпульс. Зазначені технології і методи утилізації СО2 можуть використовуватися залежно від поставленої задачі, специфіки і можливостей регіону, де планується їх використання
Ключові слова
вуглекислий газ; конверсія; органічні сполуки; технологія уловлювання та зберігання вуглецю; парникові гази
Використані джерела
[1] "CO2. Earth is live!! Daily CO2". [Online]. Available: https://www.co2.earth/daily-co2. Accessed on: Oct. 28, 2020.
[2] "Global Carbon Atlas. CO2 emissions". [Online]. Available: http://www.globalcarbonatlas.org/ru/CO2emissions. Accessed on: Oct. 28, 2020.
[3] "Press release": Special report on global warming of 1.5ºC. Incheon, Republic of Korea: Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), Oct. 7, 2018, 32 p.
[4] "New terms: circular economy. Practices". [Online]. Available: https://biggggidea.com/ practices/1567. Accessed on: Oct. 28, 2020 [in Ukrainian].
[5] Keith Uiiriski, Carbon capture and storage: Ukrainian perspectives for industry and energy security. Oslo, Norway: Bеllona, 2013 [in Ukrainian].
[6] Erdogan Alper, and Ozge Yuksel Orhan, "CO2 utilization: Developments in conversion processes", Petroleum, Dec., pp. 1-18, 2016.
[7] Ramses Snoeckx, and Annemie Bogaerts, "Plasma technology – a novel solution for CO2 conversion?", Chem. Soc. Rev., 46, pp. 5805-5863, 2017.
[8] Nigara Yutaka; and Cales Bernard, "Production of carbon monoxide by direct thermal splitting of carbon dioxide at high temperature", Bulletin of the Chemical Society of Japan., 59 (6), pp. 1997-2002, 1986.
[9] "Startup from the air: how two entrepreneurs are fighting climate change by releasing vodka. Forbes". [Online]. Available: https://www.forbes.ru/tehnologii/386929startap-iz-vozduha-kak-dvapredprinimatelya-boryutsya-s-izmeneniemklimata. Accessed on: Jan. 15, 2021.
[10] N. Itoh, M. A. Sanchez, W.-C. Xu, K. Haraya, and M. Hongo, "Application of a membrane reactor system to thermal decomposition of carbon dioxide", Journal of Membrane Science, 77, pp. 245-253, 1993.
[11] Stéphane Abanades, and Alex Le Gal, "CO2 splitting by thermo-chemical looping based on ZrxCe1−xO2 oxygen carriers for synthetic fuel generation", Fuel, vol. 102, pp. 180-186, Dec. 2012.
[12] J. Ma et al., "A short review of catalysis for CO2 conversion", Catalysis Today, 148, pp. 221-231, 2009,
[13] Hasliza Bahruji et al., "Pd/ZnO catalysts for direct CO2 hydrogenation to methanol", Journal of Catalysis, pp. 133-146, 2016.
[14] V. E. Leonov, and L. M. Kalinichenko, "Development of technology for methanol and higher alcohols for fuel and energy purposes", Khimiya tverdogo topliva, no. 1, p. 28, 1981 [in Russian].
[15] L. M. Rodin, O. L. Ovsienko, and L. P. Kakichev, "Experience of operation of the catalyst for the synthesis of methanol SNM-U", Khimicheskaya promyshlennost, no. 10, pp. 3-8, 2001 [in Russian].
[16] "Methanol synthesis". [Online]. Available: http://chemanalytica.com/book/ novyy_spravochnik_khimika_i_tekhnologa/ 06_syre_i_produkty_promyshlennosti_organ icheskikh_i_neorganicheskikh_veshchestv.0 27_chastII. Accessed on: Sept. 11, 2020 [in Russian].
[17] L. Guerra, S. Rossi, J. Rodrigues, J. Gomes, J. Puna, and M. T. Santos, "Methane production by a combined Sabatier reaction/water electrolysis process", J. Environ. Chem. Eng., 6, pp. 671-676, 2018.
[18] A. G. Dyachenko et al., "Kinetic study of carbon dioxide catalytic methanation over cobalt–nickel catalysts", French-Ukrainian Journal of Chemistry, vol. 07, iss. 01, pp. 74-80, 2019.
[19] Daniel Jacob Goodman, "Methanation of carbon dioxide", M.S. thesis in Chemical Engineering. Los Angeles, University of California, 2013.
[20] M. R. Gonçalves et al. "Selective electrochemical conversion of CO2 to C2 hydrocarbons", Energy Conversion and Management, vol. 51, iss. 1, pp. 30-32, Jan., 2010.
[21] Q. Zhu et al., "Carbon dioxide electroreduction to C2 products over copper-cuprous oxide derived from electrosynthesized copper complex", Nature Communications, 10, article no.: 3851, 2019.
[22] Michael R. Thorson, Karl I. Siil, and Paul J. A. Kenis, "Effect of cations on the electrochemical conversion of CO2 to CO", Journal of The Electrochemical Society, 160 (1), pp. F69-F74, 2013.
[23] K. Mori, H. Yamashita, and M. Anpo, "Photocatalytic reduction of CO2 with H2O on various titanium oxide photocatalysts", RSC Advances, no. 2, pp. 3165-3172, 2012.
[24] Muhammad Tahir, and NorAishah Saidina Amin, "Advances in visible light responsive titanium oxide-based photocatalysts for CO2 conversion to hydrocarbon fuels", Energy Conversion and Management, 76, pp. 194214, 2013. doi: org/10.1016/j.enconman.2013.07.046.
[25] Annemie Bogaerts, Tomas Kozak, Koen van Laer, and Ramses Snoeckx, "Plasma-based conversion of CO2: current status and future challenges", Faraday Discuss, 183, pp. 217232, 2015.
[26] Danhua Mei, and Xin Tu, "Conversion of CO2 in a cylindrical dielectric barrier discharge reactor: Effects of plasma processing parameters and reactor design", Journal of CO2 Utilization, vol. 19, pp. 6878, May, 2017.
[27] K. Zhang et al. "A study on CO2 decomposition to CO and O2 by the combination of catalysis and dielectric barrier discharges at low temperatures and ambient pressure", Industrial & Engineering Chemistry Research, 56 (12), pp. 32043216, 2017.
[28] Xintong Ma et al., "Plasma assisted catalytic conversion of CO2 and H2O over Ni/Al2O3 in DBD reactor", Plasma Chemistry and Plasma Processing, 39 (1), pp. 109-124, 2019.
[29] Payal B. Joshi, "Carbon dioxide utilization: a comprehensive review", Int. J. Chem. Sci., 12 (4), pp. 1208-1220, 2014.
[30] Z. Jiang, T. Xiao, V. L. Kuznetsov, and P. P. Edwards, "Turning carbon dioxide into fuel", Phil. Trans. R. Soc., A. 368, pp. 33433364, 2010.
[31] Chunshan Song, "CO2 conversion and utilization: An overview", Pennsylvania State Univ., pp. 2-30, Oct. 23, 2009.