Среда, 21 февраля, 2024
ДомойНаукаПреодоление метанового барьера: инновационный набор чистящих средств, который произведет революцию в выбросах...

Преодоление метанового барьера: инновационный набор чистящих средств, который произведет революцию в выбросах на фермах

- Advertisement -

Взгляд внутрь реактора MEPS (фотохимическая система уничтожения метана), где атомы хлора образуются под воздействием ультрафиолета и реагируют с газообразным метаном. Фото: Мортен Крогсбёлль.

В новом впечатляющем исследовании исследователи из Копенгагенского университета использовали свет и хлор для удаления низкоконцентрированного метана из воздуха. Результат приближает нас к возможности удаления парниковых газов из животноводческих помещений, заводов по производству биогаза и очистных сооружений для улучшения климата.

Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК) пришла к выводу, что сокращение выбросов метана немедленно снизит рост глобальной температуры. Этот газ в 85 раз более эффективен среди парниковых газов, чем CO2, и более половины его выбросов приходится на антропогенные источники, причем наибольшая доля приходится на добычу крупного рогатого скота и ископаемого топлива.

Инновационный метод снижения содержания метана

Уникальный новый метод, разработанный исследовательской группой химического факультета Копенгагенского университета и дочерней компанией Ambient Carbon, позволил успешно удалить метан из воздуха.

«Большая часть наших выбросов метана происходит из миллионов точечных источников с низкой концентрацией, таких как коровники и свинарники. На практике метан из этих источников невозможно сконцентрировать до более высоких уровней или удалить. Но наш новый результат доказывает, что это возможно с использованием реакционной камеры, которую мы построили», — говорит Мэтью Стэнли Джонсон, профессор атмосферной химии UCPH, который руководил исследованием.

Исследователи построили реакционную камеру и разработали метод, который моделирует и значительно ускоряет естественный процесс разложения метана.
Они назвали этот метод «Фотохимической системой уничтожения метана» (MEPS), и он разлагает метан в 100 миллионов раз быстрее, чем в природе.
Фото: Майкл Сков Йенсен, SCIENCE/KU.

Ранее Джонсон представил результаты исследования на COP 28 в Дубае через онлайн-соединение и в Вашингтоне, округ Колумбия, в Национальной академии наук, которая консультирует правительство США по вопросам науки и технологий.

Реактор очищает метан из воздуха

Метан можно сжечь из воздуха, если его концентрация превышает 4 процента. Но большинство антропогенных выбросов составляют менее 0,1 процента и, следовательно, не подлежат сжиганию.

Чтобы удалить метан из воздуха, исследователи построили реакционную камеру, которая для непосвященного выглядит как вытянутый металлический ящик с кучей шлангов и измерительных приборов. Внутри коробки происходит цепная реакция химических соединений, в результате которой расщепляется метан и удаляется большая часть газа из воздуха.

Как работает МЕПС. Ультрафиолетовое излучение и газообразный хлор путем электролиза уничтожают метан на месте. Фото: Мэтью Стэнли Джонсон, химический факультет Копенгагенского университета.

«В ходе научного исследования мы доказали, что наша реакционная камера может удалять 58 процентов метана из воздуха. И с момента подачи исследования мы улучшили наши результаты в лаборатории, так что реакционная камера теперь находится на уровне 88 процентов», — говорит Мэтью Стэнли Джонсон.

Хлор: ключевой ингредиент

Хлор является ключом к открытию. Используя хлор и энергию света, исследователи могут удалять метан из воздуха гораздо эффективнее, чем это происходит в атмосфере, где этот процесс обычно занимает 10-12 лет.

Реактор МЭПС. Исследователи построили реакционную камеру и разработали метод, который моделирует и значительно ускоряет естественный процесс разложения метана.
Они назвали этот метод «Фотохимической системой уничтожения метана» (MEPS), и он разлагает метан в 100 миллионов раз быстрее, чем в природе.
Метод работает путем введения молекул хлора в реакционную камеру с газообразным метаном. Затем исследователи освещают молекулы хлора ультрафиолетовым светом. Энергия света заставляет молекулы расщепляться и образовывать два атома хлора.
Фото: Мэтью Стэнли Джонсон, химический факультет Копенгагенского университета.

«Метан разлагается со скоростью улитки, потому что газ не особенно рад вступать в реакцию с другими веществами в атмосфере. Однако мы обнаружили, что с помощью света и хлора мы можем вызвать реакцию и расщепить метан примерно в 100 миллионов раз быстрее, чем в природе», — объясняет Джонсон.

О методе

Исследователи построили реакционную камеру и разработали метод, который моделирует и значительно ускоряет естественный процесс разложения метана.

Они назвали этот метод «Фотохимической системой уничтожения метана» (MEPS), и он разлагает метан в 100 миллионов раз быстрее, чем в природе.

Метод работает путем введения молекул хлора в реакционную камеру с газообразным метаном. Затем исследователи освещают молекулы хлора ультрафиолетовым светом. Энергия света заставляет молекулы расщепляться и образовывать два атома хлора.

Атомы хлора затем крадут водород атом из метана, который затем распадается и разлагается. Продукт хлора (соляная кислота) кислота) улавливается и впоследствии перерабатывается в камере.

Метан превращается в углекислый газ (CO2), окись углерода (CO) и водород (H2) так же, как это происходит в естественном процессе в атмосфере.

Будущие применения: решение проблем животноводства и выбросов отходов

Скоро на химический факультет прибудет 40-футовый морской контейнер. Когда это произойдет, он станет более крупным прототипом реакционной камеры, которую исследователи построили в лаборатории. Это будет «метаноочиститель», который, в принципе, можно будет подключить к системе вентиляции в коровнике.

«Сегодняшние животноводческие фермы — это высокотехнологичные предприятия, где аммиак уже удален из воздуха. Таким образом, удаление метана с помощью существующих систем очистки воздуха является очевидным решением», — объясняет профессор Джонсон.

То же самое относится к биогазовым и очистным сооружениям, которые являются одними из крупнейших антропогенных источников выбросов метана в Дании после животноводства.

Внутри реактора MEPS. Фото: Мэтью Стэнли Джонсон, химический факультет Копенгагенского университета.

В качестве предварительного расследования для этого исследования исследователи путешествовали по стране, измеряя количество утечек метана из стойл для скота, очистных сооружений и биогазовых установок. В нескольких местах исследователям удалось задокументировать утечку большого количества метана в атмосферу с этих заводов.

«Например, Дания является пионером в производстве биогаза. Но если всего лишь несколько процентов метана в результате этого процесса улетучится, это сведет на нет любые выгоды для климата», — заключает Джонсон.

Исследование только что было опубликовано в журнале. Письма об экологических исследованиях.

Подробнее о метане (CH4)

Метан можно сжечь, чтобы удалить его из воздуха, но его концентрация должна быть более 4%, 40 000 частей на миллион (ppm), чтобы он был воспламеняемым. Поскольку большинство антропогенных выбросов составляют менее 0,1 процента, их нельзя сжигать.

Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК) пришла к выводу, что сокращение выбросов метана немедленно снизит рост глобальной температуры.

Метан — это парниковый газ, который естественным образом выделяется, среди прочего, из водно-болотных угодий и из искусственных источников, таких как производство продуктов питания, природный газ и очистные сооружения.

Сегодня метан ответственен за треть парниковых газов, которые влияют на климат и вызывают глобальное потепление.

Метану требуется 10-12 лет для естественного разложения в атмосфере, где он превращается в углекислый газ.

За 25-летний период метан в 85 раз вреднее для климата, чем CO2. За 100-летний период метан в 30 раз вреднее для климата, чем CO2.

Концентрация метана в атмосфере увеличилась на 150% с середины 1700-х годов.

По данным МГЭИК, один только метан увеличил воздействие антропогенной радиации на 1,19 Вт/м^2, что является причиной повышения глобальной средней приземной температуры воздуха на 0,6 ◦C.

Ссылка: «Высокоэффективный газофазный фотореактор для уничтожения метана из источников низкой концентрации», Мортен Крогсбёлль, Хьюго С. Рассел и Мэтью С. Джонсон, 18 декабря 2023 г., Письма об экологических исследованиях.
DOI: 10.1088/1748-9326/ad0e33

Исследование финансировалось за счет гранта Инновационного фонда Дании для проекта PERMA, входящего в состав AgriFoodTure. Исследование проводилось в сотрудничестве с Копенгагенским университетом. Орхусский университет, Арла, Сков и дочерняя компания UCPH Ambient Carbon, основанная и ныне возглавляемая профессором Мэтью Стэнли Джонсоном. Компания начала разработку технологии MEPS (Фотохимическая система уничтожения метана) и сделала ее доступной обществу.

Исходная ссылка

- Advertisement -

Популярное по теме