Редуктор углекислотный с ротаметром: выбираем углекислотный редуктор для полуавтоматической сварки

Содержание

выбираем углекислотный редуктор для полуавтоматической сварки

Знать все о редукторах для полуавтомата надо каждому сварщику, даже на начальном этапе. Необходимо понимать четко, как выбирать углекислотный редуктор для полуавтоматической сварки и другие типы таких устройств. Для начала же необходимо разобраться с их техническим исполнением.

Особенности

Главная функция, которую имеет любой редуктор для полуавтомата, — это точная регулировка давления углекислоты или иного газа, подаваемого на полуавтомат. Регулируют его не только в плане понижения или повышения, но и в плане стабилизации. Редукторный блок на сварочном посту содержит:

  • клапаны впуска и выпуска;
  • камеры с регулировочными мембранами;
  • уплотнительные элементы;
  • верхние и управляющие пружины;
  • штуцеры для подсоединения;
  • наружный корпус;
  • манометры;
  • вентиль, обеспечивающий ручное открытие или закрытие магистрали.

Простой аппарат имеет одну рабочую камеру. Газ из баллона движется внутрь прибора под давлением, задаваемым манометром входа. Далее он оказывается в начальном штуцере, а после прохождения камеры газовый поток встречает сопротивление особой пружины. Поскольку напор оказывается достаточно велик, пружина отдавливается, и начинается свободное поступление струи в особую полость. Сечение камеры многократно крупнее, чем диаметр на вводе в штуцер, и потому второй манометр регистрирует сокращение давления.

Особый винт позволяет отрегулировать степень натягивания главной пружины. Она приспосабливается к исходному баллонному давлению. Пружина управления идет вниз одновременно с мембраной. Потому газовый поток может беспрепятственно поступать к запирающему вентилю. Далее он поступает на горелку. Мембрана редуктора делается из стойкой к маслу резины и точно позиционируется по отношению к выходу.

Постепенно давление внутри баллона понижается. В результате верхняя пружина может опуститься, корректируя площадь сечения на впускном проходе. Редуктором можно управлять и вручную. Винт для этого вкручивают или выкручивают определенным образом.

Надо только ориентироваться на текущие параметры, которые выдает манометр.

Виды и маркировка

Для полуавтоматической сварки может применяться редуктор с различным числом камер. В подавляющем большинстве случаев применяют однокамерные модификации. Но в ряде случаев критически важна стабильность использования оборудования при низкой температуре. В такой ситуации наиболее привлекательны двухкамерные модели. Отсеки обычно располагают по последовательной схеме.

В любом случае редуктор должен отвечать нормам:

  • ГОСТ 12.2.052-81;
  • ГОСТ 13861-89;
  • ISO 2503-83.

Углекислотные сварочные редукторы различают еще и по условиям применения. Рамповые модели используют на сварочных участках многопостового типа. Сетевые

устройства получают газовый поток от стационарной магистрали, которая сообщается с углекислотной промышленной станцией. На небольших рабочих площадках, на строительных площадках и в быту применяют баллонные редукторные узлы. Их преимущественно проектируют из расчета на несколько меньший удельный расход СО2 и на небольшой разброс газового давления.

Открытие и герметизация клапанного узла впуска может происходить по прямой или по обратной методике. Вторая разновидность только что описана выше. При «прямом сценарии» этапы работы меняют порядок. Подобное решение намного менее удобно. Его применяют потому существенно реже.

Кислородный редуктор устроен практически так же, как углекислотный аналог. Разница касается преимущественно методов подключения к вентилям и числа применяемых манометров (1 или 2). Редукторы для кислорода должны отвечать повышенным эксплуатационным требованиям. Причина проста: кислород не может находиться в сжиженном состоянии, и потому внутри баллона давление достигает иногда 200 атмосфер. Для сравнения: у углекислоты этот показатель составляет 70-80 атмосфер.

Если попытаться направить кислород в углекислотный редуктор, уплотнительные мембраны постепенно будут разрушаться. А вот противоположная замена (закачка диоксида углерода через кислородный редуктор) вполне допускается. Надо только понимать, что редукторный блок для кислорода соединяется с баллоном посредством хомута. Безопасный в плане взрывов и пожаров углекислый газ подают при подсоединении откидной гайкой.

Если критична чистота поступающего вещества, необходимы специальные фильтры.

Российская промышленность поставляет различные модели редукторов. Популярностью пользуется УР 6-6. Корпус формируют из особого сплава, который отлично удерживает тепломеханические воздействия. Прочие параметры:

  • неоднородность газового давления максимум 0,3;
  • предохраняющий блок срабатывает при показателе 1200 КПа;
  • благодаря двум манометрическим узлам проще влиять на давление углекислоты;
  • предельный пропуск газа — 6 м3 за час.

Если обычной функциональности не хватает, необходимо применять не простые редукторы, а

регулирующие устройства с ротаметрами. Они демонстрируют расход газа немедленно. Стоимость подобных аппаратов, однако, заметно выше. Отверстие внутри дросселя тщательно калибруется.

Иногда газовый поток подогревается за счет электрического модуля.

Как выбрать?

Основное внимание надо уделять тому, как устроен регулирующий винт. На нем в идеале должна быть невыпадающая резьба. Если она выпадает, велик риск выкручивания седла. Полезен и вспомогательный запорный вентиль. Предельно актуально учитывать цветовую маркировку редукторного узла:

  • голубой с черным шрифтом — кислород;
  • черные тона и синеватая маркировка — аргон инженерного класса;
  • красный шрифт на белом фоне — ацетилен;
  • белый шрифт на темном — сырой аргон;
  • желтая надпись на темном основании — двуокись углерода.

Стоит учесть ограниченную взаимозаменяемость редукторов различных типов

. Теоретически не возбраняется заменять кислородный редуктор аргоновым и наоборот. Однако рассчитанное на кислород устройство будет работать ощутимо хуже, как только давление опустится до 1 бар и ниже. Хорошее устройство для чистого аргона — АР-40-2. Если же нужно использовать как аргон, так и углекислоту, оптимальным выбором может стать АР-40/У-30.

На специализированных производственных участках применяют УР-6-4ДМ и аналогичные устройства. Модели иногда имеют пару ротаметров. Не стоит думать, что они позволяют подавать газ сразу на две разные горелки. Цель совсем другая — использование для особо ответственных конструкций. К одному расходному узлу добавляют горелку, а через второй идет поддув с другой стороны.

О том, как настроить давление на редукторе для сварки, вы можете узнать ниже.

Объясните по регуляторам расхода СО2 к полуавтомату — Расходные материалы

1 Почему на одних один манометр, а на других два?

Бардак в стране. Должен быть 1 манометр на высокой ступени — показывать остаточное давление в баллоне. Нужен для того, чтобы не выпустить газ полностью, иначе будут проблемы с заправкой.

И еще есть такая вещь, как изменение давления (расхода) при изменении верхнего давления. Каждый редуктор индивидуален в этом отношении. 2 манометр должен быть проградуирован как расходомер для выставления нужного расхода газа. Поэтому нужны оба. Это именно для сварочных редукторов, а есть еще для пива и воды.

2 Расход выставляется той же крутилочкой что и давление? Там зависимость расхода от давления?

Естественно. Принцип действия редуктора с манометром и расходомером (кроме ротаметра, см. выше) одинаков. Дело только в градуировке шкалы. При постоянном проходном диаметре (дюзе) зависимость между расходом и давлением более-менее линейная.

3 Нужен ли регулятор с подогревом или это лишнее?

Может быть нужен или при больших расходях, или при работе в холоде, или при использовании газа с повышенной влажность. Без подогревателя может намерзать лед и клинить отдельные части редуктора или закупориваться проходное отверстие. Для личного гаража ИМХО не нужен.

4 С подогревом только один манометр, второй не нужен? Или можно самому поставить? Там вроде заглушка есть.

См. выше, бардак в стране. Можно и поставить, если вы уверены, что это заглушка, а не предохранительный клапан. Правда я бы не брал такие изделия. Х.з. на чем еще там сэкономили?

5 Подогрев всегда НЕ НА 220В?

Есть и на 220, см. http://www.energoportal.ru/unit68606.htm или другие.

6 Чем принципиально отличаются регуляторы от редукторов для СО2?

Если цвет черный, то на СО2, есть правда предназначенные для газирования всяких вод и других напитков. Там стоит не расходомер, а редуктор. Вообще для сварки не предназначены, но при небольших расходах народ использует. Используют и кислородные редукторы типа БКО и аргоновские, только пропановские нельзя. У них давление ниже.

7 Наконец посоветуйте прибор для работы с маломощным полуавтоматом, с баллоном 5-10л, наиболее оптимальный, удобный, информативный.

Практически можно любой. К шкалам (расход или давление) и особенностям привыкаешь быстро. Нужно смотреть на конструктив. Как нажимной винт сделан, можно ли выкрутить седло редуцирующего клапана (помогает при ремонте. Как обработаны поверхности деталей. Это говорит о культуре производства. Из производителей БАМЗ и Донмет. Это более-менее стабильные фирмы. Можно расчитывать на гарантийный ремонт в случае чего.

Редукторы баллонные GCE ProControl®

Мы поставили перед нашими опытными разработчиками задачу: разработать улучшенную версию нашего пользующегося максимальным спросом редуктора Dincontrol. Он продаётся на рынке уже 18 лет и стал лучшим среди премиальных редукторов для баллонов под давлением с точки зрения точности, безопасности и надёжности. Мы сделали несколько изменений, чтобы поддержать установленное качество в этих трёх главных областях. По отзывам наших заказчиков, самые чувствительные части редуктора – это манометры. Поэтому сейчас мы добавляем к основным характеристикам редуктора GCE ProControl® также устойчивость, которой мы достигли благодаря повышенной защите манометров для минимизации риска возникновения неисправностей и простоев. Небольшая инвестиция в защиту манометров очень быстро окупится.

Редукторы баллонные GCE ProControl® имеют массивную конструкцию, пригодную для ежедневного использования в цехах под крышей, а также для наружного использования. Их вертикально ориентированная конструкция повышает безопасность при манипуляции. Материал, использованный для изготовления редукторов , всегда выбран так, чтобы он был совместимым с конкретным типом газа. Каждый редуктор перед выходом с монтажной линии индивидуально отрегулирован и протестирован. Все редукторы были разработаны, изготовлены и протестированы в Европе с использованием более чем столетнего опыта группы GCE в производстве изделий этого типа. Вместе с тем во время всего процесса от разработки до изготовления были применены также новейшие технические знания. Редукторы газовые GCE ProControl® отвечают требованиям, установленным нормой ISO 2503.

СВОЙСТВА

  • Высокопроизводительный редуктор, пригодный для всех стандартных вариантов использования технических газов
  • Безопасная конструкция, отвечающая норме ISO 2503
  • Хорошая защита манометров с задней крышкой, которая предотвращает повреждение и попадание загрязнений 
  • Продлённый срок службы, приносящий экономию с точки зрения сервиса, запасных частей и общей замены
  • Герметичный механизм регулирования, обеспечивающий точность и стабильность параметров
  • Простое обслуживание, благодаря эргономичной компоновке
  • Манометры с точностью, отвечающей норме ISO 5171, высококонтрастной стрелкой и шкалами в трёх самых широко используемых единицах измерения для лучшего контроля давления газа 

ОСНОВНЫЕ ПРЕИМУЩЕСТВА 

  • Отличная стабильность выходного давления
  • Эргономичный и массивный дизайн
  • Высокая производительность 
  • Прекрасные параметры
  • Безопасность при работе с кислородом
  • Доступность запасных частей 
  • Доступные варианты для всех технических газов в баллонах под давлением с давлением заполнения до 300 бар
  • Доступные принадлежности – защита от обратного удара, устройства экономии газа
  • Пригодный для всех стандартных вариантов применения технических газов в баллонах под давлением
  • Отвечает нормам EN ISO 2503, ISO 5171, ISO 9536, ISO 9090, ISO 5145

ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ

Газ:

O2N2,
H
2, He

Ar
Ar/CO2
F.P.*

CO2

Ацетилен

Пропан

Корпус: Латунная поковка
Крышка: Литая под давлением деталь из Zn/Al сплава
Штуцеры, гайки и фитинги: Латунь
Мембрана: EPDM NBR 
Уплотнение седла: PA CR
Входное/выходное подключение: В зависимости от типа газа
Максимальное входное давление: 200 или 300 бар 200 бар 25 бар
Диапазон выходного давления/протока:

0-10 бар

0-20 бар

0-30 бар

0-50 бар

0-16 л/мин

0-24 л/мин

0-32 л/мин

F. P.: 50 л/мин

1,5 бар 4 бар
Температурный диапазон: С -20°C до 60°C
Вес: В зависимости от варианта, приблизительно: 1,9 кг
Клапан сброса давления: Использован у всех вариантов 

*F.P. = Формовочный газ

РЕДУКТОРЫ И РЕГУЛЯТОРЫ GCE PROCONTROL

Артикул Газ Входное
давление,
бар
Рабочее
давление,
бар
Расход
газа
м3/ч
Расход
газа
л/мин
Входное
соединение
Выходное
соединение
Комментарий
PC0781404 Кислород 200 10 30 G3/4″ G1/4″
PC0780630 Кислород 200 10 30 W21,8×1/14″ G1/4″
PC0780912 Кислород 200 20 60 G3/4″ G1/4″
PC0780628 Кислород 200 20 50 W21,8×1/14″ G1/4″
PCARV0536 Кислород 200 30 70 G3/4″ G1/4″
PC0781324 Ацетилен 25 1,5 5 Хомут G3/8″LH
PC0780698 Пропан 25 1,5 5 W 21,8×1/14″LH G 3/8″ LH  
PCARV0169 Аргон/Углекислый газ 200 10 30 G3/4″ G1/4″ Подогреватель 24V
PC0780625 Водород 200 10 100 W21,8×1/14″ G3/8″LH
PC0780692 Азот, Аргон, Гелий, Воздух 200 10 30 G3/4″ G1/4″
PC0783592 Азот, Аргон, Гелий, Воздух 200 30 100 G3/4″ G1/4″
PCARV0160 Гелий 200 10 60 W21,8×1/14″ G1/4″
PC0780631 Аргон/Углекислый газ 200 0-32 W21,8×1/14″ G1/4″
PC0780647 Аргон/Углекислый газ 200 0-32 G3/4″ G1/4″
PC0783054 Аргон/Углекислый газ 200 0-32 G3/4″ G1/4″ Ротаметр, Подогреватель 24V
PC0783055 Аргон/Углекислый газ 200 0-32 G3/4″ G1/4″ Ротаметр, Подогреватель 24V
PCARV0059 Аргон/Углекислый газ 200 0-32 G3/4″ G1/4″ Ротаметр
PC0780607 Аргон/Углекислый газ 200 0-32 W21,8×1/14″ G1/4″ Ротаметр
PC0780877 Формиргаз 200 5-50 W21,8×1/14″LH G3/8″LH
PC0780847 Формиргаз 200 5-50 W21,8×1/14″LH G3/8″LH Ротаметр
PC0780845 Азот 200 0-30 W24,32×1/14″ G1/4″
PC0780846 Водород 200 0-30 W21,8×1/14″LH G3/8″LH Ротаметр

Что такое редуктор для сварочной смеси и как его выбрать?

Время чтения: 3 минуты

Редуктор для сварки просто необходим, если вы используете в своей работе газовые баллоны. Это простое компактное устройство призвано снижать давление и следить за его показателями. Существует несколько разновидностей редукторов, каждый из которых предназначен для определенного типа газа.

В этой статье мы кратко, но понятно объясним, что такое газовые редукторы, какими они бывают и как их выбрать для своих задач.

Содержание статьи

Общая информация

В общем представлении, редуктор — это устройство, понижающее давление в газовом баллоне. Он устанавливается прямо на баллон и необходим при каждом использовании сварочного полуавтомата, если вы вообще варите в среде защитного или инертного газа. Зачастую используется два баллона, на каждый из которых необходимо установить свой редуктор.

Для каждого типа газа предусмотрен свой редуктор. Для вашего удобства приспособление помечают определенным цветом, который указывает на предназначение редуктора. Если редуктор помечен черным цветом с желтой надписью, значит предназначен для углекислоты (он же CO2 редуктор). Если фон голубой, а надпись черная, значит для кислорода. Белая маркировка и красная подпись — ацетилен. А черная маркировка с синей или белой надписью предназначена для ацетилена или аргона соответственно.

Еще один способ распознать нужный вам редуктор — запомнить цвет баллона. Ведь его так же маркируют с помощью цвета. К примеру, черный баллон зачастую используется для аргона, голубой баллон — для кислорода. И так по аналогии с остальными цветами.

Читайте также: Как выбрать газовый баллон для сварки?

Выбор редуктора

Выбирая редуктор для полуавтоматической или любой другой сварки необходимо учитывать несколько параметров. И начать стоит с условий работы. Что именно вы собираетесь варить? И как часто?

Домашним сварщикам, использующим газ для работы в редких случаях и для непродолжительной сварки, может подойти любой редуктор, у которого такая же резьба, что и у баллона.  Здесь уже не важны технические характеристики и стоимость.

Если вы выполняете простые сварочные работы (сборка мангала или мелкий ремонт), то  обычный углекислотный редуктор справится со своей задачей, даже если будет установлен на баллон с кислородом. Но учитывайте, что это решение одноразовое и после сварки вам придется выбросить приспособление.

Говоря о моделях, отметим крайне популярный и хорошо зарекомендовавший себя редуктор УР 6-6. Он предназначен для сварки с углекислотой. Стоит недорого, на «борту» два полноценных манометра. Один манометр предназначен для отслеживания показателей давления, а второй — для демонстрации расхода газа.

Для аргона хорошо подходит модель АР-40-2. Это простой отечественный редуктор. Работает исправно, с задачей справляется хорошо.

Профессионалы уверяют, что аргонный редуктор можно использовать с кислородным баллоном, и наоборот. Если вы занимаетесь домашней сваркой, то можете проверить это утверждение. Но наш опыт показал, что при использовании кислородного редуктора с баллоном аргона давление может упасть вплоть до критической точки. Так что используйте приборы по назначению.

Если вам нужен универсальный редуктор для нескольких типов газа, то присмотритесь к модели АР-40/У-30. Он предназначен для аргона и углекислоты. Без проблем выдерживает перепады температур и давления.

Это относительно бюджетные модели. Если позволяют финансы, то обратите внимание на модели не с манометрами, а с ротаметром. Это приспособление очень точно показывает расход газа без задержек и с минимальными погрешностями. Но это выбор скорее для профессионала.

Вместо заключения

Не важно, что вы используете: CO2 для сварки или любой другой газ. Вам в любом случае понадобится редуктор. Благодаря ему можно не только снизить давление в баллоне, но и быстро рассчитать расход газа. Если вы не готовы тратить много при покупке редуктора, то приобретайте простые классические модели с манометрами. Ну а если вы планируете выполнять продолжительную профессиональную сварку, то редуктор с ротаметром — это ваш выбор. А какие редукторы используете вы при сварке с применением газа? Расскажите об этом в комментариях ниже. Желаем удачи в работе!

[Всего: 0   Средний:  0/5]

советы по выбору для сварщика

Редуктор, в глобальном смысле слова, это устройство, изменяющее какой-либо физический показатель, обычно в сторону его уменьшения или понижения (редуцирование).

Редуктор для сварки представляет собой устройство, которое предназначено для выпуска газа из сопла под пониженным давлением, так как в баллоне он сильно сжат. Конкретные показатели давления зависят от вида газа или газовой смеси.

Цветовая маркировка

По сути своей редуктор — это регулятор давления смеси для сварки. Он в обязательном порядке входит в состав оборудования для сварочного полуавтомата, использующего принцип сварки в защищенной газовой среде. Минимум два редуктора (каждый к своему баллону) используют в установке газовой сварки и резки.

Безусловно, лучшим решением будет выбирать для баллона с определенным газом только специально предназначенный для него редуктор. Существует строгая система цветовой маркировки:

  • голубой цвет с черной надписью — кислород;
  • белый с красным текстом — ацетилен;
  • черный с синей надписью — технический аргон;
  • черный с белой надписью — сырой аргон;
  • черный с желтой надписью — углекислота (СО2).

В зависимости от того, применяется ли вами газовая сварка, аргонодуговая либо сварка в углекислоте, выбирайте соответствующий редуктор.

На рынке или в магазине это легко сделать по цвету — цвет редуктора ля сварки соответствует цвету баллона, для которого он предназначен. Голубой — для кислорода, черный — для аргона (он же подойдет для углекислого газа), и так далее.

Возможна ли взаимозаменяемость

Некоторые виды сварочных редукторов взаимозаменяемы, но далеко не все. Так, вместо специализированного редуктора СО2 для сварки допустимо использовать кислородный, но обратную замену производить категорически нельзя.

Кислород — химически активное вещество, сильнейший окислитель, поэтому для работы с ними используются специальные металлы и сплавы. К тому же кислород закачивается в газовые баллоны под давлением, превышающим этот же параметр для углекислоты более чем в 2 раза.

Сварочный редуктор для углекислого газа, накрученный на кислородный баллон, может продержаться, в зависимости от его качества, от нескольких часов до пары недель. Но в нем неминуемо произойдет полное разрушение уплотняющих мембран — основного элемента конструкции, вследствие чего прибор начнет травить.

Во избежание ошибочных действий сварщика на редукторах для горючих и негорючих газов делается разная резьба. Для горючих — левая, для негорючих, соответственно, правая.

Аналогичная резьба и в баллонах ля резки и сварки. При этом кислородный редуктор имеет правую резьбу. Кислород не горит сам по себе, но поддерживает горение. В некоторых условиях он взрывоопасен.

Кислородный редуктор, используемый во время сварки с углекислотным баллоном, ждет другая угроза. Углекислота вызывает промерзание контактирующих с ней деталей до -60 °C. Поскольку регулятор давления, предназначенный для кислорода, и не должен выдерживать такого режима работы, он также начнет разрушаться.

Что выбрать

Считается, что для бытовых условий сварки — кратковременных, эпизодических операций — подойдет любое устройство, которое совпадет по резьбе с баллоном.

Операцию вроде сварки мангала для дачи может выдержать даже углекислотный редуктор, накрученный на кислородный баллон (если используется газовая сварка) или на баллон для сварочной смеси из 80% аргона и 20% углекислоты. Другое дело, что впоследствии это механизм придется выбросить.

Типичным примером такого редуктора, предназначенного для работы с СО2, является очень известный и популярный среди сварщиков старой закалки УР 6-6.

Он компактный, недорогой, а благодаря наличию двух манометров позволяет довольно удобно определять расход «на глаз». Для бытовой сварки высокая точность не нужна. Один манометр при этом показывает остаточное давление в баллоне, а второй ориентирован на демонстрацию расхода газа — литр в минуту.

Кислородный и аргоновый регуляторы ля сварки теоретически взаимозаменяемы. При этом кислородный будет работать хуже с падением давления в баллоне до критической точки около 1 атмосферы.

В качестве примера аргонового редуктора для сварки можно назвать АР-40-2 отечественного производства. Существует и действительно универсальный регулятор давления — АР-40/У-30 (аргоновый редуктор/углекислотный). Он выдержит и перепады температур, и высокое давление.

Если нет ограничений по финансам, а объем сварочных работ предполагается высоким, то стоит предпочесть устройство не с дополнительным манометром, а с ротаметром.

Ротаметр значительно точнее показывает расход газовой смеси, поскольку работает по иным принципам — он делает измерения в режиме реального времени. Такими приборами пользуются профессионалы.

Газовые редукторы и регуляторы

Наименование

Изображение

Вес, кг

Редуцируемый газ

Наибольшая пропускная способность, м3/ч

Комплектация

Кислородный редуктор БКО-50-5AL

0,77

кислород

50

универсальный ниппель Ø 6-9 мм

Кислородный редуктор БКО-50-5

0,87

кислород

50

универсальный ниппель Ø 6-9 мм

Кислородный редуктор БКО-50-КР-4

1,2

кислород

50

универсальный ниппель Ø 6-9 мм

 

Редуктор кислородный БКО-50

0,66

кислород

50

универсальный ниппель Ø 6-9 мм

Редуктор сетевой кислородный СКО-10 с гайкой G1/2

0.65

кислород

10

 

 

Редуктор гелиевый с клапаном для шаров БГО-5

1,0

гелий

4

 

Ацетиленовый редуктор БАО-5-5

0,8

ацетилен

5

универсальный ниппель Ø 6-9 мм укомплектован ключом

Ацетиленовый редуктор БАО-5-КР-4

1,1

ацетилен

5

универсальный ниппель Ø 6-9 мм

Ацетиленовый редуктор БАО-5-5Al

0,7

ацетилен

5

универсальный ниппель Ø 6-9 мм

 

Редуктор ацетиленовый БАО-5

 

0,62

ацетилен

5

универсальный ниппель Ø 6-9 мм

Редуктор сетевой ацетиленовый САО-10

0,65

ацетилен

10

 

Пропановый редуктор БПО-5-5

0,7

пропан

5

универсальный ниппель Ø 6-9 мм

Пропановый редуктор БПО-5-КР-4

1,08

пропан

5

универсальный ниппель Ø 6-9 мм

Пропановый редуктор БПО-5-5Al

0,6

пропан

5

универсальный ниппель Ø 6-9 мм

Редуктор сетевой пропановый СПО-6

0,65

пропан

6

 

Редуктор водородный БВО-80

0,8

водород

80

 

Регулятор углекислотный У-30

0,8

углекислота

6

 

Углекислотный редуктор УР-6-6

0,9

углекислота

6

 

Углекислотный редуктор УР-6-5

0,85

углекислота

6

универсальный ниппель, Ø 6-9 мм

Редуктор углекислотный УР-6М

0,66

углекислота

6

универсальный ниппель, Ø 6-9 мм

Редуктор углекислотный УР-6П (пищевой)

1,15

углекислота

6

 

Редуктор для закиси азота ЗАР-6

0,85

Закись азота

6

 

 

Редуктор аргоновый АР-30

0,66

аргон

30

 

 

Редуктор высокого давления БРВД-250

1,65

используется для понижения, регулирования и автоматического поддержания давления газа (воздуха, аргона, азота, водорода, углекислого газа и др.)

Универсальный регулятор расхода газа У-30/АР40П

2,27

универсальный Ar/CO2

30/40 л/мин

с подогревателем газа

Универсальный регулятор расхода газа У30/АР40

1,57

универсальный Ar/CO2

30/40 л/мин

 

Регулятор расхода газа У30/АР40 с 2-мя ротаметрами

1,8

универсальный Ar/CO2

30/40 л/мин

с 1 или 2-мя ротаметрами

Азотный редуктор    A-90-5

0,85

азот

90 л/мин

универсальный ниппель, Ø 6-9 мм

Аргонный редуктор АР-40-5

Блок ротаметра для анестезии — расходомеры CM

Расходомеры для анестезии доступны в версиях с 1–5 трубками. Расходомеры (версии с 2-5 трубками) могут поставляться с антигипоксическим устройством или без него.

Корпуса изготовлены из алюминия и оснащены клапанами точной регулировки для облегчения контроля над анестезирующими газами. Передняя крышка изготовлена ​​из литого акрила. Устройства имеют фосфоресцирующий фон «светится в темноте» (обычно белый) для удобства чтения даже в случае внезапной темноты.

Ручки изготовлены из высококачественного АБС-пластика. Ручка Oxygen имеет профиль с сенсорным кодом, а все ручки имеют цветовую маркировку в соответствии с требованиями ISO 5358.

Внутренние газовые соединения выполняются с использованием полиуретановых трубок и соединений типа Festo. Обратный клапан на выходе из AHD гарантирует отсутствие потока N 2 O в дыхательном контуре в случае единичной неисправности, когда линия кислорода заблокирована.

Доступны различные варианты входных и выходных соединений, как указано ниже:

ВХОДНОЕ СОЕДИНЕНИЕ

Опция-1

Опция-2

Опция-3

Кислород

1/8 BSP

7/16 UNF

Festo 6 мм

N 2 O

1/8 BSP

½ UNF

Festo 4 мм

Воздух

¼ BSP

¼ BSP

Festo 6 мм

ВЫХОДНОЕ СОЕДИНЕНИЕ

Опция-1

Опция-1

Опция-3

Газовая смесь

Конус для крепления на клетку 23 мм

Festo 10 мм

Festo 8 мм

Поплавки в расходомерных трубках имеют вращающуюся конструкцию и изготовлены из высококачественного алюминиевого сплава, который сопротивляется деформации даже при самых тяжелых условиях эксплуатации.Это гарантирует долгий срок службы и безошибочное обслуживание, а также не требует частой повторной калибровки. Поплавки анодированы красным цветом с серебряным пятном, которое позволяет видеть вращение поплавка, указывая на поток газа.

Антигипоксические устройства имеют пневматическую конструкцию и гарантируют, что содержание кислорода в газовой смеси никогда не опускается ниже указанного предела. Этот минимальный предел может быть установлен от 25% до 30% по желанию производителя оборудования. Это устройство обычно устанавливается в задней части устройства и может быть снабжено более длинными трубками, если вы хотите установить устройство AHD в другом месте.

Доступны расходомеры различных диапазонов. Пожалуйста, см. Раздел расходомерных трубок для получения информации о доступных диапазонах и выборе расходомерных трубок. Также доступны индивидуальные расходомеры.

  • Версия с 2 трубками имеет 1 шт. Кислород и 1 ч. N 2 Трубка О. Обе трубки имеют «двойную шкалу», что означает, что обе трубки начинаются с 0,1 л / мин, а диапазон от 0,1 до 1 л / мин расширен для облегчения считывания.
  • Версия с 4 трубками имеет 2 номера. Кислородные расходомерные трубки — одна с большим диапазоном расхода, а другая — с низким диапазоном расхода (0.1-1 л / мин). Точно так же у него 2 шт. N 2 O трубы, одна имеет высокий расход, а другая — малый.
  • Версия с 5 трубками такая же, как и с 4 трубками, но имеет дополнительную расходомер воздуха.

В расходомерах используются только расходомерные трубки с антистатическим покрытием. Втулки уплотнения также изготовлены из антистатического материала, чтобы обеспечить отвод накопленного статического электричества.

Каждый из агрегатов откалиброван для соотношения N 2 O / кислород и тщательно проверен на сборочной линии на предмет работоспособности.Расходомеры в целом соответствуют требованиям ISO 5358.

Конверсия углекислого газа в метанол: возможности и фундаментальные проблемы

1. Введение

В настоящее время спрос на энергию быстро растет из-за экономического роста во всем мире. Чтобы удовлетворить этот растущий спрос, необходимо большое количество ископаемого топлива (нефть, уголь и природный газ) [1]. Сжигание ископаемого топлива часто рассматривается как одна из основных угроз для окружающей среды из-за выброса CO 2 в атмосферу.CO 2 , который считается первичным парниковым газом (ПГ), периодически обменивается на поверхности земли, в океане и атмосфере, где различные существа, включая животных, растения и микроорганизмы, поглощают и производят его ежедневно. Однако тенденции процесса выделения и потребления CO 2 должны быть сбалансированы по своей природе. С 1750 года, когда началась промышленная революция, изменилось изменение климата в связи с деятельностью, связанной с промышленностью. В целях сокращения выбросов парниковых газов, процессы секвестрации и хранения CO 2 (CSS) привлекли широкое внимание.Однако это увеличит количество доступного уловленного CO 2 в качестве сырья с нулевой стоимостью. Таким образом, использование CO 2 и преобразование его в топливо и химические вещества, которое называется процессом улавливания и рециркуляции углерода (CCR), является активным вариантом, используемым во всем мире для преобразования пригодных для использования продуктов в ценные продукты, и он используется для уменьшения выбросов CO 2 выбросов, что более предпочтительно по сравнению с вариантом CSS [2, 3, 4, 5]. В последние годы преобразование CO 2 в химикаты с добавленной стоимостью (т.е.например, этанол, метанол и муравьиная кислота) с использованием различных способов привлек большое внимание исследователей, так как его можно рассматривать как решение для уменьшения глобального потепления [6, 7, 8], энергетического кризиса (т.е. ископаемое топливо истощение) [9, 10, 11] и проблемы хранения энергии [12]. Метанол — это возобновляемый источник энергии, который можно производить из любого сырья, содержащего углерод (в основном, CO 2 ), а также это чистый источник энергии, который можно использовать в качестве транспортного топлива. В целом, чтобы топливо удовлетворяло рыночный спрос, оно должно быть экологически безопасным, чистым и способным синтезировать из доступных ресурсов.Фактически, в настоящее время большинство производственных компаний по всему миру используют метанол в качестве сырья для производства различных продуктов. Метанол используется для производства таких растворителей, как уксусная кислота, на которые приходится 10% мирового спроса [13]. Метанол также может использоваться в топливных элементах с прямым метанолом (DMFC), которые используются для преобразования химической энергии метанола непосредственно в электрическую энергию в условиях окружающей среды [14]. Метанол считается одним из важнейших видов органического сырья, которое может использоваться в отраслях промышленности с годовым объемом производства 65 миллионов тонн во всем мире [15].Однако термин «экономика метанола» включает антропогенный углеродный цикл для производства метанола, как показано на рисунке 1, который можно использовать в качестве возобновляемого топлива или для производства почти всех продуктов, полученных из ископаемого топлива [16, 17]. Завод Джорджа Олаха компании Carbon Recycling International (CRI) считается крупнейшим в мире заводом по производству метанола CO 2 . В 2015 году компания Carbon Recycling International (CRI) увеличила мощность завода с 1,3 миллиона литров метанола в год до более чем 5 миллионов литров в год.Сейчас завод перерабатывает 5,5 тыс. Тонн CO 2 в год. Вся энергия, используемая на станции, поступает из исландской сети, которая вырабатывается за счет геотермальной и гидроэнергии [18]. Как показано на рисунке 2, установка использует электричество для производства H 2 , который вступает в реакцию с CO 2 в каталитической реакции производства метанола. Различные пути и процессы превращения CO 2 в метанол схематически описаны на рисунке 3. Существуют различные пути превращения CO 2 , такие как каталитический метод, который осуществляется в форме обычного, электрокаталитического, фотокаталитического и фотоэлектрокаталитического преобразования [ 19].

Рисунок 1.

Антропогенный углеродный цикл для производства метанола [20].

Рис. 2.

Производство зеленого метанола компанией Carbon Recycling International [18].

Рисунок 3.

Схема процессов химической конверсии СО2.

2. Методы преобразования CO 2 в метанол

2.1. Химическая конверсия

Каталитическое гидрирование CO 2 с H 2 считается наиболее простым способом получения метанола и ДМЭ из CO 2 , как показано в уравнении.(1). В течение 1920-х и 1930-х годов в США работали первые заводы по производству метанола, на которых для производства метанола использовались CO 2 и H 2 . Системы как гетерогенных, так и гомогенных катализаторов изучались многими исследователями для процесса гидрирования CO 2 . Однако гетерогенные катализаторы имеют много преимуществ с точки зрения разделения, стабильности, обращения, стоимости и повторного использования катализатора. Системы гетерогенных и гомогенных катализаторов обсуждаются в следующих разделах [21, 22, 23].

CO2 + 3h3↔Ch4OH + h3O∆h398K = −11,9 ккалмольE1

2.1.1. Гетерогенная каталитическая конверсия

Хотя гомогенный катализ также используется для производства метанола из CO 2 , гетерогенный катализ является предпочтительным выбором для инженеров-химиков из-за преимуществ гетерогенного катализа. Это включает в себя легкое отделение жидкости от твердого катализатора, удобство обращения в различных типах реакторов (то есть с неподвижным, псевдоожиженным или подвижным слоем) и возможность регенерации использованного катализатора.В последнее время было проведено большое количество экспериментов по разработке стабильных и эффективных гетерогенных катализаторов восстановления CO 2 с получением метанола. Тем не менее, многие исследования доказали, что катализаторы на основе Cu с различными добавками, такими как ZrO 2 и ZrO, играют важную роль в улучшении стабильности и активности гетерогенного катализатора (рис. 4). Следовательно, некоторые из катализаторов, показанных на Рисунке 4, уже существуют и используются на демонстрационных и пилотных установках.Некоторые металлы (например, Cu и Zn) и их оксиды были разработаны для использования в качестве эффективных гетерогенных катализаторов превращения CO 2 в метанол [24, 25]. Этот тип катализатора аналогичен катализаторам на основе Cu / ZnO / Al 2 O 3 , которые используются для производства метанола в промышленности. Однако было доказано, что коммерческий метанольный катализатор, такой как гетерогенная смесь оксида цинка, оксида алюминия и меди (30, 10 и 60%, соответственно), производит очень небольшое количество метанола [26].В различных обзорах обсуждались различные факторы, которые могут влиять на производство метанола из синтез-газа, такие как приготовление катализатора, конструкция катализатора, кинетика реакции, конструкция реактора и дезактивация катализатора [22, 27, 28, 29, 30]. Следовательно, будущие исследовательские работы должны быть сосредоточены на производстве метанола из CO 2 и H 2 , в которых количество метанола, полученного таким способом, выше по сравнению с синтез-газом. Чтобы поддерживать высокую производительность установки, катализатор должен оставаться активным в течение нескольких лет.Более того, улучшение активности и стабильности катализатора с течением времени очень важно для экономики любого завода по производству метанола [31]. Недавно Lurgi, лидер в области технологий синтеза метанола, сотрудничал с Süd-Chemie, используя высокоактивный катализатор (C79-05-GL, на основе Cu / ZnO) для преобразования CO 2 и H 2 в метанол [24, 32]. Метанольный реактор Lurgi представляет собой конвертер на основе трубок, который содержит катализаторы в неподвижных трубках и использует контроль давления пара для достижения контролируемой температуры реакции.Этот тип реактора может обеспечить низкий коэффициент рециркуляции и высокий выход. Поэтому Lurgi была разработана как двухступенчатая конвертерная система, в которой используются два объединенных реактора Lurgi для высоких мощностей по метанолу. Однако объемные скорости и температуры в первом конвертере будут выше, чем в одноступенчатом конвертере, в котором требуется только частичное преобразование синтез-газа в метанол. Это делает конвертер меньше по размеру и производит пар под высоким давлением из-за высоких температур, что помогает снизить затраты на электроэнергию.Газ, выходящий из первого конвертера, содержит метанол, и он будет направлен непосредственно на вторую стадию реакции, которая работает с более низкой скоростью реакции [31]. Даже если рабочая температура системы Lurgi составляет около 260 ° C, что выше, чем температура, используемая для обычных катализаторов для производства метанола, селективность этой системы по метанолу превосходна. Однако активность этого катализатора снижается с той же скоростью, что и активность коммерческого катализатора, который в настоящее время используется в промышленности для производства метанола.Есть разные компании, продающие высокостабильные катализаторы для производства метанола, такие как Mitsubishi Gas Chemical, Sinetix и Haldor Topsøe. Arena et al. [33] изучили твердотельные взаимодействия, функциональность и центры адсорбции катализаторов Cu – ZnO / ZrO 2 и их способность превращать CO 2 в метанол. Данные характеризации показали, что сильное взаимодействие Cu – ZnO эффективно способствует диспергированию металлической меди и ее реакционной способности по отношению к кислороду. Граница раздела металл / оксид в катализаторах Cu – ZnO / ZrO 2 играет важную роль в гидрировании CO 2 до метанола.Как показано на рисунке 5, двухцентровая природа реакционного пути объясняет формально нечувствительный к структуре характер конверсии CO 2 на катализаторах Cu – ZnO / ZrO 2 .

Рисунок 4.

Подложки и добавки, используемые для катализаторов на основе меди.

Рисунок 5.

Гетерогенно-каталитический процесс конверсии CO2 в метанол с использованием Cu / ZrO2 и Cu-ZnO / ZrO2 [33].

2.1.2. Гомогенная каталитическая конверсия
2.1.2.1. Гомогенные катализаторы для CO 2 Гидрирование с получением метанола

Хотя различные гетерогенные катализаторы были испытаны для прямого превращения CO 2 в метанол, в литературе упоминается очень ограниченное количество гомогенных катализаторов.Tominaga et al. [34] сообщили о примере прямого превращения CO 2 в метанол с использованием гомогенных катализаторов. Они исследовали способность прекурсора катализатора Ru 3 (CO) 12 в присутствии добавки KI для гидрирования CO 2 с образованием метана, метанола и CO. Кроме того, теми же авторами было доказано, что производительность Ru 3 (CO) 12 –KI для конверсии CO 2 намного лучше, чем у других карбонильных катализаторов переходных металлов, таких как W (CO) 6 ,, Fe 2 (CO) 9 , Ir 4 (CO) 12 , Mo (CO) 6, Co 2 (CO) 8 и Rh 4 (CO) 12 [35].В последнее время для восстановления CO 2 до метанола вместо шестиэлектронного процесса был использован каскадный процесс [36]. Каскадный процесс с использованием гомогенных катализаторов можно разделить на три стадии: гидрирование CO 2 до муравьиной кислоты; затем муравьиная кислота будет этерифицирована с образованием сложных эфиров формиата; и, наконец, сложный эфир формиата будет гидрогенизирован для получения метанола (рис. 6), как указано Хаффом и Санфордом [36].

Рис. 6.

Гидрирование CO2 для производства метанола через каскадную систему [36].

На каждой стадии этого подхода будут использоваться разные катализаторы при определенных условиях реакции, которые включают высокую температуру (135 ° C) и давление (40 бар). Wesselbaum et al. [37] сообщили о гидрировании CO 2 с помощью 60 бар H 2 и 20 бар CO 2 при 140 ° C в присутствии [(трифос) Ru- (TMM)] (TMM = триметиленметан, Трифос = 1,1,1-трис (дифенилфосфинометил) этан), что дает максимальное число оборотов 221. Таким образом, те же авторы доказали, что этот катализатор можно использовать в процессе гидрирования для скрытия сложных эфиров формиата в метанол.Помимо прямого преобразования CO 2 в метанол, превращение производных CO 2 путем гидрирования, таких как поликарбонаты, карбонаты, формиаты и карбаматы, привлекло огромное внимание из-за небольших барьеров этих реакций (рис. 7) [38, 39].

Рисунок 7.

Непрямое гидрирование CO2 для производства метанола [39].

2.1.2.2. Гомогенное химическое превращение CO 2 в метанол

Силаны и гидриды являются основными восстановителями, которые должны использоваться при гомогенном химическом восстановлении CO 2 до метанола в присутствии органокатализаторов, таких как N-гетероциклические карбены (NHC).Хотя стоимость силанов высока, было доказано, что NHC-катализатор обладает способностью восстанавливать CO 2 до метоксидов в условиях окружающей среды, как указано Zhang et al. [40]. Как показано на Фигуре 8, производные силанола и метанола будут производиться гидролизом метоксисиланов.

Рис. 8.

Конверсия CO2, катализируемая NHC, и последующий гидролиз метанола [40].

Применение фрустрированных пар Льюиса для восстановления CO 2 до метанола считается еще одним примером безметаллового катализа (рис. 9) [41].На первом этапе производное форматобората получают посредством реакции между CO 2 и [TMPH] + [HB (C 6 F 5 ) 3 ] . Координационно ненасыщенный B (C 6 F 5 ) 3 атакует нуклеофильные и промежуточные формы с форматным мостиком.

Рис. 9.

Гидрирование CO2, катализируемое кислотой Льюиса / основанием Льюиса [44].

После этого последний будет реагировать с [TMPH] + [HB (C 6 F 5 ) 3 ] с образованием ацетального производного формальдегида.Реагент Шварца ((Cp) 2 Zr (H) (CI)) использовали в качестве источника гидрида для двухступенчатого восстановления CO 2 до формальдегида и метанола, соответственно, как показано на (Рисунок 10) [42, 43]. На первом этапе превращение CO 2 в формальдегид дает некоторые м-оксокомплексы. Затем более глубокое восстановление формальдегида может быть достигнуто путем добавления большего количества реагента Шварца, что приводит к образованию метоксида циркония на второй стадии.

Рис. 10.

Двухступенчатое восстановление CO2 до метанола с помощью реактива Шварца [44].

2.2. Электрохимическое восстановление CO 2 до метанола

В течение последних десятилетий электрохимическое преобразование CO 2 широко использовалось в лабораторных масштабах, но пока не было успешно использовано в промышленных процессах (крупномасштабных). Электрохимический метод восстановления используется для преобразования CO 2 в ценные химические вещества и топливо, такое как метанол, с использованием электричества в качестве основного источника энергии [45, 46, 47]. Для восстановления CO 2 на металлических электродах было проведено множество экспериментов с различными условиями и электрокатализаторами [48].Различные восстановленные продукты могут быть образованы электрохимически из CO 2 , и некоторые из этих продуктов представлены в таблице 1. Выбор катализатора и условий реакции играет значительную роль по сравнению с возможностью регулирования различных восстановленных продуктов. Однако все перечисленные стандартные потенциалы в таблице 1 относительно близки к стандартному потенциалу выделения водорода [49]. Реакция выделения водорода (HER) очень важна во время электрокатализатора восстановления CO 2 , в котором H 2 O обычно присутствует в качестве электролита (и источника протонов).По этой причине указанные металлы, которые могут быть использованы в качестве электрокатализатора для восстановления CO 2 , имеют относительно высокие перенапряжения HER. Необходимо приложить огромные усилия, чтобы найти оптимальный электрод для электрохимического восстановления CO 2 , который снизит селективность CO 2 при низких перенапряжениях и высоких скоростях без одновременного восстановления воды [44].

Реакция полуэлементов E ° по сравнению с SHE
CO2 + 8H ++ 8e- → Ch5 + 2h3O +0.17
CO2 + 6H ++ 6e− → Ch4OH + h3O +0,031
CO2 + 4H ++ 4e− → Ch3O + h3O −0,028
CO2 + 2H ++ 2e− → CO + h3O −0,10
CO2 + 2H ++ 2e− → HCOOH −0,11

Таблица 1.

Стандартные потенциалы для восстановления CO 2 [49].

Существует явное преимущество прямого преобразования захваченного CO 2 в метанол для получения полезного продукта, который можно использовать во многих энергоемких устройствах.Этот процесс позволяет рециркулировать захваченный CO 2 и производить метанол, который можно использовать в качестве возобновляемой энергии вместо ископаемого топлива в энергопотребляющих устройствах. Другими словами, с помощью процесса электровосстановления CO 2 может быть восстановлен непосредственно в электролизной ячейке обратно в метанол за одну стадию. Для получения метанола непосредственно из CO 2 [44] можно использовать различные электроды, как показано в таблице 2. В 1983 году Кэнфилд и Фрезе [50] доказали, что некоторые полупроводники, такие как n -GaAs, p -InP и p -GaAs обладают способностью производить метанол непосредственно из CO 2 , хотя и при чрезвычайно низких плотностях тока и фарадеевской эффективности (FE).Многие другие исследователи приложили некоторые усилия для увеличения как плотности тока, так и фарадеевской эффективности процесса. Seshadri et al. [51] обнаружили, что ион пиридиния представляет собой новый гомогенный электрокатализатор для восстановления CO 2 до метанола при низком перенапряжении. В последнее время широко исследуется пиридин, в котором он используется в качестве сокатализатора для образования активных частиц пиридиния in situ [52, 53, 54, 55, 56]. Обычно продукты одноэлектронного восстановления CO 2 показывают более низкую плотность тока, чем продукты двухэлектронного восстановления, такие как CO.Прямое электрохимическое восстановление CO 2 до метанола является многообещающим процессом для уменьшения количества захваченного CO 2 .

Электрод Тип электрода E в сравнении с NHE (В) Плотность тока (мА см −2 ) Фарадейский КПД Электролитический КПД (%) Ссылка
p -InP Semiconductor -1.06 0,06 0,8 Сб. Na 2 SO 4 [50]
n-GaAs 0,16 1,0
p -GaAs 0,08 0,52
CuO Оксид металла -1,3 6,9 28 0,5 M KHCO 3 [59]
RuO 2 / TiO 2 Нанотрубки -0.6 1 60 0,5 M NaHCO 3 [58]
Pt – Ru / C Сплав −0,06 0,4 7,5 Проточная ячейка [60 ]
n -GaP Гомогенный катализатор −0,06 0,27 90 10 мМ пиридин при pH = 5,2 [61]
Pd −0,51 0,04 30 0.5 M NaClO4 с пиридином [51]

Таблица 2.

CO 2 Электрохимическое восстановление до метанола.

Попич и др. [57] доказали, что Ru и Ru, модифицированные адатомами Cd и Cu, можно использовать в качестве электрода для восстановления CO 2 при относительно небольших перенапряжениях. Полученные результаты показали, что на поверхности чистого Ru, Ru, модифицированного адатомами Cu и Cd, и RuOx + IrOx, модифицированного адатомами Cu и Cd, достигается восстановление CO 2 с образованием метанола за 8 ч выдержки потенциала. при -0.8 В. Таким образом, при восстановлении CO 2 на Ru, модифицированном адатомами Cu и Cd, образование метанола зависело от наличия адатомов на поверхности рутения. RuO 2 является перспективным материалом для использования в качестве электрода для восстановления CO 2 до метанола благодаря его высокой электрохимической стабильности и электропроводности. По этой причине Qu et al. [58] получили наночастицы (НЧ) и нанотрубки (НТ) RuO 2 / TiO 2 композитных электродов путем нанесения RuO 2 на наночастицы и нанотрубки TiO 2 соответственно.Полученные результаты показали, что эффективность получения метанола из CO 2 по току достигает 60,5% на Pt-электроде, модифицированном RuO 2 / TiO 2 НТ. Таким образом, композитные электроды RuO 2 и RuO 2 / TiO 2 NPs показали более низкую электрокаталитическую активность, чем композитный модифицированный Pt электрод RuO 2 / TiO 2 NT для электрохимического восстановления CO 2 до метанола. Как показали исследования, для повышения селективности и эффективности процесса электрохимического восстановления CO 2 в качестве электрода предлагается использовать структуру нанотрубок.

2.3. Фотохимическое восстановление CO 2 в метанол

Обычно фотохимический (или фотокаталитический) метод преобразования CO 2 используется для преобразования захваченного CO 2 в метанол и другие ценные продукты с использованием солнечной энергии, такой как свет или лазер [ 62, 63]. Даже если селективность по метанолу относительно низкая, прямое превращение CO 2 в метанол с использованием фотокаталитического метода было изучено [64]. Однако в последнее время этому методу уделяется большое внимание, и он считается наиболее привлекательным методом утилизации CO 2 .Фотокаталитический процесс конверсии CO 2 представляет собой сложную комбинацию фотофизических и фотохимических процессов вместе [62]. Таким образом, этот метод имеет некоторое сходство с электрокаталитическим восстановлением CO 2 , в котором в обоих случаях используются молекулярные катализаторы. Источники жидкого гидрида считаются основным ограничением для восстановления CO 2 фотокаталитическим методом. Аскорбиновая кислота, амин и 1-бензил-1,4-дигидроникотинамид являются примерами жертвенного источника гидрида, который необходимо добавлять в раствор для замены анода, который будет использоваться в электрокаталитическом процессе восстановления CO 2 [65] .Было проведено несколько экспериментов для проверки способности некоторых полупроводников и оксидов металлов преобразовывать СО2 в метанол. Сюда входят карбид кремния [66], TiO 2 [67, 68, 69, 70], WO 3 [71], NiO [70], ZnO [70] и InTaO 4 [72] либо сами по себе или их можно комбинировать с различными гетерогенными катализаторами для достижения той же цели. Основная проблема при производстве метанола на полупроводниках с использованием солнечной энергии заключается в том, что реакция образования обратима.Таким образом, чтобы уменьшить окисление метанола, очень важно найти новые стратегии для достижения практического промышленного процесса [66, 70].

Gondal et al. [66] доказали, что гранулированный карбид кремния является многообещающим фотокатализатором для восстановления CO 2 до метанола. Гранулированный карбид кремния (α6H-SiC) был испытан в качестве фотокатализатора для восстановления CO 2 и преобразования его в метанол с помощью лазера с длиной волны 355 нм. Реакционная ячейка была заполнена гранулами α6H-SiC, сжатым газом CO 2 под давлением 50 psi и дистиллированной водой.Поэтому они упомянули, что в фотохимическом процессе существует пара конкурирующих реакций, а именно фотоокисление и фото восстановления, как показано на рисунке 11. Когда реакция начинается, скорости фотоокисления (Ко) будут ниже, чем скорости фото восстановления. (Kr) из-за низкой концентрации производимого метанола. Полученные результаты показали, что максимальная молярная концентрация метанола и достигнутые фотонные эффективности преобразования CO 2 в метанол составляли около 1.25 ммоль / л и 1,95% соответственно.

Рис. 11.

Схематическое изображение реакций фотовосстановления и фотоокисления в фотохимическом процессе [67].

CdS / TiO 2 и Bi 2 S 3 / TiO 2 фотокатализаторы на основе нанотрубок были протестированы Li et al. [67], и их фотокаталитическая активность, которая восстанавливает CO 2 до метанола при облучении видимым светом. Полученные результаты доказали, что синтетические тротилы являются практически хорошим материалом для фотовосстановления для преобразования CO 2 в метанол.Наибольшее образование метанола на фотокатализаторах ТНТ – CdS и ТНТ – Bi 2 S 3 при облучении видимым светом в течение 5 ч составило 159,5 и 224,6 мкмоль / л соответственно. Луо и др. [68] исследовали способность Nd / TiO 2 , синтезированного золь-гель методом, восстанавливать CO 2 в метанол в водном растворе при УФ-облучении. Эксперимент показал, что максимальный выход метанола при УФ-облучении в течение 8 часов составил 184,8 мкмоль / г, что доказывает, что Nd / TiO 2 может увеличить эффективность фотокаталитического восстановления CO 2 по сравнению с чистым оксидом титана.

2.4. Фотоэлектрохимическое восстановление CO 2 до метанола

Процесс фотоэлектрокаталитического восстановления CO 2 представляет собой сочетание фотокаталитического и электрокаталитического методов. Многие исследовательские работы были направлены на поиск лучшего полупроводникового материала, который можно было бы использовать в качестве фотоэлектрода для преобразования CO 2 в метанол с использованием любой солнечной энергии в ячейке PEC; однако ни один из протестированных полупроводников не соответствовал желаемой стабильности и эффективности [73].Фактически, для фотоэлектрохимического восстановления CO 2 требуется около 1,5 эВ подвода термодинамической энергии. Следовательно, элемент PEC требует большего количества энергии, чтобы компенсировать потери, вызванные изгибом зон (который необходим для разделения заряда на поверхности полупроводника), потенциалами перенапряжения и потерями сопротивления [61, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81]. Первым важным этапом восстановления CO 2 до метанола фотоэлектрохимическим (PEC) методом является генерация ионов водорода и электронов солнечным излучением полупроводника, который используется в качестве фотокатода.Полупроводник (например, GaP, SiC) освещается светом как источником энергии, превышающей ширину запрещенной зоны полупроводника. В этом случае электроны в полупроводнике будут возбуждены и перенесены в зону проводимости из зоны валанса, и они достигнут катодного противоэлектрода через внешний электрический провод. Кроме того, для проведения реакций электрохимического восстановления и окисления созданные электронно-дырочные пары на границе раздела или рядом с ним будут разделены полупроводником и будут впрыснуты в электролит [82, 83, 84].Основной проблемой при использовании фотоэлектрохимических ячеек является способность полупроводниковых материалов n-типа генерировать дырки на поверхности, которые могут окислять сам полупроводник [85]. В последнее время огромное внимание привлекла гибридная система, состоящая из полупроводникового светоуборочного комбайна и комплекса металлических сокатализаторов. В этой системе вода считается основным источником доноров электронов и протонов для восстановления CO 2 на поверхности катода. Пример гибридной системы обсуждался Zhao et al.[86]. Они изучили полную ячейку фотокатода с InP / Ru-комплексами, которая была соединена с фотоанодом на основе TiO2 / Pt, как показано на рисунке 12. В этой полной ячейке, чтобы избежать повторного окисления формиата на поверхности фотоанода, в качестве сепаратора использовалась протонообменная мембрана. Однако Arai et al. сконструировал беспроводную полную ячейку для фотоэлектрохимического восстановления CO 2 , в которой система состоит из InP / Ru-комплекса в качестве гибридного фотокатода и фотоанода SrTiO 3 (Рисунок 13).В этой системе окислительно-восстановительные реакции CO 2 и H 2 O будут происходить при солнечном облучении без какого-либо смещения. Полученные результаты показали, что эффективность преобразования солнечной энергии в химическую в этих двух полных ячейках составила 0,03% и 0,14% для TiO2 – InP / [RuCP] и SrTiO3 – InP / [RuCP] соответственно. Barton et al. [61] успешно восстановили CO 2 до метанола, используя катализированные фотоэлектрохимические (PEC) ячейки на основе p-GaP в процессе, называемом химическим уменьшением выбросов углерода.Термин «уменьшение химического углерода» описывает фотоиндуцированное преобразование CO 2 в метанол без использования дополнительного источника энергии, генерирующего CO 2 . Полученные результаты показали, что селективность метанола и конверсия CO 2 составили 100 и 95% соответственно.

Рисунок 12.

Двухкамерный фотоэлектрохимический элемент для восстановления CO2 [87].

Рисунок 13.

Однокамерный фотоэлектрохимический элемент для восстановления CO2 [87].

3. Перспективы на будущее и выводы

Конверсия двуокиси углерода представляет собой как возможность, так и проблему во всем мире для обеспечения устойчивости окружающей среды и энергетики. Основные стратегии сокращения выбросов CO 2 должны быть сосредоточены на использовании CO 2 , переработке CO 2 в сочетании с возобновляемой энергией для экономии источников углерода и производстве полезных химикатов из CO 2 . Следовательно, преобразование CO 2 в энергетический продукт, такой как метанол, потребует большого количества захваченного CO 2 , в котором рынок метанола потенциально может быть значительным.Кроме того, образующийся метанол можно использовать вместо ископаемого топлива, тем самым снижая зависимость от ископаемого топлива и способствуя росту потребления CO 2 на рынке. Здесь представлена ​​полная литература по различным методам преобразования CO 2 в метанол. Это включает гомогенное / гетерогенное каталитическое, электрохимическое, фотохимическое и фотоэлектрохимическое восстановление. Однако высокая эффективность процесса конверсии CO 2 может быть достигнута при использовании эффективного катализатора.В общем, разработка необходимого катализатора может быть использована в качестве решения, если катализатор уже используется, но требуется высокая стоимость для увеличения масштаба, или он не существует и ожидает открытия, поэтому проблемы каталитических процессов действительно огромны. Низкая селективность по продукту и низкие / высокие температуры реакции считаются основными препятствиями в гетерогенном процессе восстановления CO 2 . Однако приведенное выше обсуждение показывает, что среди различных методов, предлагаемых для преобразования CO 2 в метанол или в любое ценное химическое вещество, электрохимические ячейки являются предпочтительными по сравнению с другими методами.Тем не менее, при электрохимическом восстановлении CO 2 все еще существует множество барьеров, при котором электрокатализатор необходимо использовать с более высокой селективностью, а также с более низкими перенапряжениями. Различные гетерогенные электрокатализаторы являются селективными, быстрыми и энергоэффективными, но они считаются нестабильными катализаторами. Следовательно, в будущем электроэнергия, необходимая для электрохимического процесса восстановления CO 2 в больших масштабах, может поступать из различных возобновляемых источников энергии, таких как гидроэнергетика, ветер, волны, геотермальные источники, приливы и т. Д.В этом смысле многие исследовательские работы должны быть сосредоточены на новых электрокаталитических материалах, которые можно использовать для работы при более высоких плотностях тока без потери фарадеевской эффективности. С другой стороны, фотохимические процессы предлагают привлекательный подход к восстановлению CO 2 до метанола с использованием солнечной энергии. Однако этот метод не получил широкого распространения из-за критических условий для поглощения необходимого количества солнечной энергии. В противном случае перспективы разработки успешных технологий для эффективного преобразования CO 2 с использованием солнечной энергии, безусловно, являются долгосрочными (> 5 лет).Тем не менее, процессы фотоэлектрохимического восстановления оказались привлекательными подходами для восстановления CO 2 до метанола. В настоящее время применение солнечных фотоэлектрохимических устройств очень ограничено из-за их высокой стоимости и нескольких причин, как обсуждалось выше. Однако очень важно продолжать исследования в этих областях, потому что эта технология будет крайне необходима для эффективного сокращения выбросов CO 2 в ближайшие годы.

Благодарности

Авторы хотели бы поблагодарить Центр перспективных материалов Катарского университета (QU) за поддержку этой работы.Г-жа Саджеда Альсайде также благодарит QU за предоставленную ей стипендию для выпускников.

Новая мембрана делает разделение метана и диоксида углерода более эффективным — ScienceDaily

Чтобы природный газ и биогаз стали пригодными для использования, необходимо отделить метан от CO 2 . Это предполагает использование мембран: фильтров, которые задерживают метан и пропускают CO 2 . Исследователи из KU Leuven (Левенский университет), Бельгия, разработали новую мембрану, которая делает процесс разделения намного более эффективным.

Когда дело доходит до добычи природного газа или производства биогаза, все дело в метане. Но метан в чистом виде никогда не встречается. Например, природный газ всегда содержит довольно много углекислого газа (парниковый газ CO 2 ), иногда до 50 процентов. Для очистки метана — или, другими словами, удаления CO 2 — в промышленности часто используются мембраны. Эти мембраны действуют как молекулярные сита, разделяющие метан и CO 2 . Затем метан можно использовать в качестве источника энергии для отопления, производства химикатов или в качестве топлива, а CO 2 можно повторно использовать в качестве строительного блока для возобновляемых видов топлива и химикатов.

Существующие мембраны все еще нуждаются в улучшении для эффективного разделения CO 2 , — говорит профессор Иво Ванкелеком с факультета биологических наук в Левене. «Эффективная мембрана пропускает только CO 2 , и как можно больше. Коммерчески доступные мембраны требуют компромисса между селективностью и проницаемостью: они либо высокоселективны, либо высокопроницаемы. Еще одна важная проблема заключается в том, что мембраны пластифицируются, если в газовой смеси содержится слишком много CO 2 .Это делает их менее эффективными: через них может пройти почти все, поэтому разделение метана и CO 2 не удается ».

Лучшие доступные мембраны состоят из полимерной матрицы с наполнителем, например металлоорганического каркаса (МОФ). Этот наполнитель MOF имеет поры нанометрового размера. Новое исследование показало, что характеристики такой мембраны значительно улучшаются при термической обработке выше 160 градусов Цельсия в процессе производства. «Вы получаете больше сшивок в полимерной матрице: сетка, так сказать, уплотняется, и это само по себе уже улучшает характеристики мембраны, потому что она больше не может пластифицироваться.При этих температурах структура MOF — наполнителя — изменяется и становится более селективной. Наконец, высокотемпературная обработка также улучшает адгезию полимер-наполнитель: газовая смесь больше не может выходить через маленькие отверстия на границе раздела наполнитель-полимер ».

Это дает новой мембране наивысшую из когда-либо заявленных селективностей, предотвращая пластификацию при высокой концентрации CO 2 . «Если вы начнете со смеси 50/50 CO 2 / метан, эта мембрана даст вам в 164 раза больше CO 2 , чем метан после проникновения через мембрану», — объясняет доктор Лик Хонг Ви.«Это лучшие результаты, о которых когда-либо сообщалось в научной литературе».

Это исследование является результатом сотрудничества KU Leuven (профессор Иво Ванкелеком и доктор Лик Хонг Ви с факультета биологических наук / Центр химии поверхности и катализа) и UAntwerp (подразделение EMAT под руководством профессора Сары Балс).

История Источник:

Материалы предоставлены KU Leuven . Оригинал написан Илзе Фредерикс, переведен Катриен Боллен. Примечание. Содержимое можно редактировать по стилю и длине.

Лаборатория глобального мониторинга — парниковые газы с углеродным циклом

КарбонТрекер CT2019B

CarbonTracker — это разработанная система измерения и моделирования CO2. NOAA для отслеживания источников (выбросы в атмосферу) и поглотителей (удаление из атмосфера) двуокиси углерода по всему миру. CarbonTracker использует атмосферные Наблюдения за СО2 от множества сотрудников и моделирование атмосферного переноса для их оценки. поверхностные потоки СО2.Текущая версия CarbonTracker, CT2019B, предоставляет глобальные оценки потоков поверхностно-атмосферных CO2 с января 2000 г. по декабрь 2018 г.

Что такое CarbonTracker?

CarbonTracker — это глобальная модель атмосферного углекислого газа с акцентом на Северную Америку, предназначен для отслеживания поглощения и выброса CO2 на поверхности Земли через некоторое время. [читать больше]

Кому нужен CarbonTracker?

Политики, промышленность, ученые и общественность нуждаются в информации CarbonTracker для принимать обоснованные решения по ограничению уровней парниковых газов в Атмосфера.[читать больше]

Что нам сообщает CarbonTracker?

Северная Америка является источником выбросов CO2 в атмосферу. В естественное поглощение CO2, которое происходит в основном к востоку от Скалистые горы удаляют около трети CO2 высвобождается за счет использования ископаемого топлива. [читать Больше]

Погода по CO2 в CarbonTracker на июнь-июль 2008 г. Теплые цвета показывают высокие концентрации CO2 в атмосфере, и холодные цвета показывают низкие концентрации. По мере того, как наступает летний вегетационный период, фотосинтез лесов и сельскохозяйственных культур привлекает концентрации Снижение CO2, противодействуя общему увеличению за счет ископаемого топлива жжение. В результате получаются воздушные массы с высоким и низким содержанием CO2. затем перемещались погодными системами, чтобы сформировать показанные модели Вот.[Подробнее о погоде с CO2]

Глобальный бюджет CO2

С 2000 по 2018 год выбросы CO2 в атмосферу от сжигание ископаемого топлива выросло из 6,7 ПгК год -1 до 10,2 ПгК год -1 (1 петаграмма углерод составляет 10 15 гC, или 1 миллиард метрических тонн C, или 3,67 миллиарда метрических тонн СО2). Глобальные выбросы ископаемого топлива неуклонно увеличиваются год за год, за исключением 2009 г. после глобального экономического спада и 2014-2016 гг., когда выбросы оставались почти постоянными (Рисунок 1).Выбросы ископаемого топлива сконцентрированы в районах с высокой плотностью населения и экономической активностью, а также инвентаризация выбросов информация, использованная в CT2019B, показывает, что 82% выбросов ископаемого топлива из промышленно развитых северных внетропиков.


Рисунок 1. Годовые глобальные выбросы. Полоски на этом рисунке представляют Выбросы CO2 за каждый год в ПгК год -1 по всему миру.CarbonTracker моделирует четыре типа обмена между поверхностью и атмосферой. CO2, каждый из которых показан другим цветом: ископаемое выбросы топлива (tan), поток земной биосферы исключая пожары (зеленый), прямые выбросы от пожаров (красный) и газообмен воздух-море (синий). Отрицательные выбросы указывают на то, что флюс удаляет CO2 из атмосферы. Чистый поверхностный обмен, вычисленный в виде суммы этих четырех компонентов отображается толстой черной линией .[Изучите эти данные в дальнейшем]

Другим важным источником CO2 являются лесные пожары, которые в CT2019B добавляют в атмосферу дополнительно 2,0-2,6 ПгС -1 год. В в отличие от выбросов ископаемого топлива, при лесных пожарах происходит в основном из тропических и южных земель. 87% выбросов лесных пожаров в CT2019B в тех регионах.

Эти источники компенсируются естественными стоками на суше и в океане.Вместе эти стоки поглощают около половины антропогенного СО2, выбрасываемого в Атмосфера. За период 2001-2018 гг. Глобальная сумма «натурального» дохода CT2019B потоков (выбросы пожаров, сток наземной биосферы и сток океана) составляет 49% ископаемых выбросы топлива за тот же период времени. СО2 в атмосфере без этих стоков темпы роста были бы примерно вдвое выше наблюдаемых. CarbonTracker — это предназначен для идентификации этих стоков, чтобы лучше понять механизмы, лежащие в основе них.

Согласно CT2019B, Мировой океан поглощает 1.4 к 4,1 ПгК год -1 . Эта естественная раковина существует как прямой результат увеличение концентрации CO2 в атмосфере, потому что растворенный углерод концентрации в океане увеличиваются, чтобы достичь равновесия с атмосферой. Тем не мение, крупномасштабная циркуляция океана и биологического, физического и химического углерода езда на велосипеде приводит к тому, что в тропической атмосфере есть источник углерода. В CT2019B, этот естественный источник от 0,3 до 0,9 ПгС год -1 в тропиках компенсируется крупными внетропическими стоками 2.3–4,4 ПгК год –1 .

Земная биосфера также является чистым поглотителем CO2, в основном из-за к двум процессам. Это удобрение CO2, при котором растения быстрее растут, так как они могут легче усваивать углекислый газ для фотосинтеза, а последствия человеческой практики землепользования, включая удобрения, орошение, тушение пожаров, и восстановление после прошлого землепользования. CarbonTracker пытается определить местонахождение этих стоков пространственно и временно, поэтому гипотезы об их механизмах могут быть проверены.CT2019B обнаруживает широко разбросанные наземные поглотители CO2, с значительное поглощение углекислого газа северными умеренными и бореальными регионами (1,7 — 2,8 ПгС в год -1 , около 58% общей площади суши в мире 2,5–4,8 ПгК / год –1 ).

В этом тексте потоки сообщаются как диапазоны, когда это возможно, чтобы обеспечить некоторые контекст того, насколько хорошо CarbonTracker ограничивает долгосрочный средний поток. Эти диапазоны вычисляются как минимальные и максимальные значения из последовательности годовых оценок потока CT2019B, часто за исключением 2000 года, поскольку мы считаем его годом роста в которых оценки могут не отражать фактическое долгосрочное среднее значение.Большой диапазон указывает высокая степень межгодовой изменчивости оценки потоков.

Источники и поглотители СО2 над Северной Америкой

Результаты CT2019B показывают, что экосистемы Северной Америки были падение 0,6 (диапазон 0,1 — 1,0) PgC год -1 за период 2001-2018 гг. Этот естественный сток компенсирует около одной трети выбросов около 1,8 PgC yr -1 от сжигания ископаемого топлива в США.S.A., Канада и Мексика вместе взятые.


Рисунок 2. Засуха и оседание земель Северная Америка. Верх Панель: United Государства Монитор засухи процент площади континентальная часть США, проходящая разные уровни интенсивность засухи. Нижняя панель: Однолетняя земля оценки поглотителей (включая пожарные выбросы) CT2019B для умеренного климата Северной Америки.

Принимая во внимание, что выбросы окаменелостей в Северной Америке в целом стабильны в течение периода CarbonTracker и составляют от 1,7 до 1,9 ПгК год -1 , количество CO2, поглощаемое биосфера Северной Америки значительно меняется от года к году (Рисунок 2, нижний панель). В моделях наземной биосферы межгодовая изменчивость землепользования может быть связанные с аномалиями в крупномасштабных режимах температуры и осадков. В то время как Период анализа CarbonTracker относительно короткий по сравнению с динамикой медленно меняющиеся пулы биосферного углерода, эпизоды экстремальных явлений в чистом экосистемном обмене (NEE) были связаны с климатическими аномалиями (см. е.г. Peters et al., 2007). CT2019B годовые оценки опускание суши над умеренным климатом Северной Америки явно связано с засухой континентального масштаба интенсивность (рисунок 2). Интересно отметить, что предполагаемая межгодовая изменчивость («Диапазон») поглощения земли на самом деле такой же большой, как и сам средний сток.

Широко распространенные засухи на западе США и в Канаде в 2002, 2006, 2008, 2011 и 2012 годах привели к относительно небольшое годовое потребление наземными экосистемами в умеренном климате Северной Америки (рис. 2).В эти годы на экосистемы суши приходилось стоком всего около 0,2 ПгК год -1 . Это примерно половина снижения «среднего» года в которые эти же экосистемы суши удаляют около 0,4 ПгС год -1 .

Пространственное распределение потоков на поверхности Северной Америки

Оценка потоков CarbonTracker включает субконтинентальные модели источников и стоков в сочетании с распределением доминирующих типов экосистем на континенте (рис. 3).Мы больше доверяют общероссийским итоговым данным, чем оценкам региональных источников и снижается, но мы ожидаем, что такие более точные оценки станут более надежными в будущем. расширение ньюорк наблюдения за СО2. Наши результаты показывают, что раковины в основном расположены в сельскохозяйственных регионах США и Среднего Запада Канады, и бореальные леса в Канаде.

Рисунок 3.Средние потоки экосистемы. Модель сетевого обмена экосистемами (NEE) СО2 наземной биосферы в среднем за 2001-2015 гг. по оценке CarbonTracker CT2019B. Эта NEE представляет обмен углерода между сушей и атмосферой в результате фотосинтеза и дыхания в наземные экосистемы и пожары. Не включает окаменелости выбросы топлива. Отрицательные потоки (синие цвета) представляют СО2 поглощение земной биосферой, тогда как положительные потоки (красные цвета) указывают регионы в котором наземная биосфера является чистым источником CO2 для Атмосфера.Единицы: gC m -2 год -1 .

Предупреждение о картах биологических потоков с высоким разрешением На рис. потоки по экорегионам. Хотя мы также предоставлять карты потоков и данные с более точным пространственным разрешением 1 ° x 1 °, для пример на нашем страницы карт потоков, эти экорегионы определяют фактические масштабы на которым управляет CarbonTracker. При существующей сети наблюдений детализированная однонаправленная потоки не следует интерпретировать как количественно значимые для каждого блока.Любые модели внутри экорегиона напрямую связаны с результатами модель земной биосферы. Часть этот узор с высоким разрешением возникает из-за изменений температуры, осадков, света, виды растений и тип почвы в каждом экорегионе. Распространять влияние измерений из разреженной сети наблюдений CarbonTracker вносит корректировки равномерно в течение весь экорегион. Эти корректировки масштабировать чистый поток CO2 в экосистеме, прогнозируемый наземными модель биосферы одним и тем же фактором для каждого экорегиона.Таким образом, мы предупреждаем, что Пространственная деталь 1 ° x 1 ° в наземных потоках CarbonTracker основана на моделирование модели земной биосферы и предположение о крупномасштабной экосистеме согласованность. Это не подтверждено наблюдениями.


Система наблюдений CarbonTracker

Оценки поверхностного потока CarbonTracker оптимально согласуются с атмосферными Наблюдения за CO2 с помощью GLOBALVIEWplus-5.0 ObsPack, включает 460 наборов данных временных рядов со всего мира с использованием различных измерений техники и платформы (таблица 1, рисунок 4).Эти наблюдения внесены сотрудниками из 54 различных лабораторий. Доступ к большей части данных наблюдений за CO2 можно получить, загрузив GLOBALVIEWplusv5.0 ObsPack, или, если также требуются смоделированные наблюдения, CT2019B ObsPack. Больше информации о Измерения CO2, используемые в CT2019B, можно найти в документация наблюдений.

Наблюдение Число Число Не для Наблюдения за ассимиляцией
Тип Наборы данных Наблюдения Ассимиляция Принято Всего Принято поверхность на месте 155 7317370 5717099 1600271 1523688 23042 53 541
поверхность опока 110 66 296 11121 55175 51567 852 2756
поверхность-pfp 27 34503 17 488 17015 16 826 189 0
башня на месте 102 128 11 657010 1 233813 90 022 1149294 25342 59177
самолет-pfp 44 70452 10 650 59 802 57 862 1 678 262
самолет-фляга 4 6 387 3 306 3081 2862 67 152
самолет-инситу 32 9 788 210 9 687951 100 259 99 994 265 0
судовая фляга 3 3 135 501 2634 2374 130 130
на борту судна 8 1365297 186340 1178957 1138383 40574 0
Всего 485 31 542473 27 291466 4251007 4042850 92139 116018
Таблица 1. CarbonTracker CT2019B наблюдения по типу наблюдения, которые состоит из измерительной платформы и инструмента (в ObsPack выражением это «проект»). Больше информации о Измерения CO2, используемые в CT2019B, можно найти в наблюдения документация.

Рисунок 4. Сеть наблюдений CarbonTracker Нажмите на любой сайт маркер для получения дополнительной информации. Дважды щелкните маркер сайта, чтобы центрируйте карту на этом сайте.

Расчетные зависящие от времени поля CO2 во всем мире атмосфера

«побочный продукт» системы усвоения данных после того, как источники и приемники оценка, заключается в том, что мольная доля CO2 составляет рассчитывается повсюду в модельной области и за весь период 2000-2016 гг., на основе по оптимизированным оценкам источников и поглотителей (Рисунок 1). Как проверка на модельном транспорте свойства и производительность инверсии CarbonTracker, рассчитанный CO2 мольные доли регулярно сравниваются с измерениями из наборы данных о воздушной кампании, взятые NOAA / ESRL и соавторами.Эти независимые образцы не используются для оценки потоков в CarbonTracker, а скорее откладываются для перекрестной проверки.

Так как CarbonTracker имитирует СО2 по всей атмосферный столбец, модель атмосферы может быть взята как спутник (ГОСАТ и ОСО-2) и наземный прибор дистанционного зондирования (TCCON) извлечение СО2. Примеры нашего согласия с последним можно найти на наша страница TCCON.


Неопределенность потока

Рисунок 5.Погода по углекислому газу Показано среднесуточное значение средневзвешенная мольная доля углекислого газа в свободной тропосфере как смоделировано CarbonTracker на 20 марта 2009 г. Единицы — микромоли CO2 на моль сухого воздуха (мкмоль-моль -1 ), а значения даны по цветовой шкале, изображенной под графиком. Свобода тропосфера »в данном случае — это уровни с 6 по 10 модели TM5. Это соответствует примерно до 1.От 2 км над землей до примерно 5,5 км над землей, или с точки зрения давления, от около 850 гПа до около 500 гПа. Градиенты в CO2 концентрация в этом слое обусловлена ​​обменом между атмосферой и землей поверхность, включая выбросы ископаемого топлива, обмен воздух-море и фотосинтез, дыхание и пожары в земной биосфере. Эти градиенты впоследствии переносятся погодными системами, даже если они постепенно стираются путем атмосферного перемешивания.

Важно отметить, что в настоящее время оценки неопределенности для CarbonTracker источники и поглотители сами по себе весьма неопределенны. Они были получены из математика системы усвоения ансамблевых данных, которая требует нескольких обоснованных предположений для начальной неопределенности оценки. Статья, описывающая CarbonTracker (Peters et al. (2007), Proc. Nat. Acad. Sci. Vol. 104, p. 18925-18930) представляет различные оценки неопределенности, основанные на чувствительности результатов к 14 альтернативные, но правдоподобные способы построения системы CarbonTracker.Например, 14 реализации производят диапазон чистых среднегодовых земных выбросов в Северной Америке от -0,40 до -1,01 ПгС год -1 (отрицательные выбросы указывают на сток). В процедура описана в Приложении с дополнительной информацией к этому документу, которое свободно можно загрузить с веб-сайта PNAS.

Кроме того, оценки не принимают во внимание несколько дополнительных факторов, отмеченных ниже. Расчет настроен для медленного восстановления источников и стоков при отсутствии данные наблюдений, к первым догадкам чистого обмена экосистемами, которые близки к нулю на ежегодно.Такая установка может привести к смещению. Также из-за редкости измерения, мы должны были предположить согласованность экосистемных процессов на больших расстояниях, придание существующим наблюдениям, возможно, чрезмерного веса. Модель процесса для земной фотосинтез и дыхание были очень простыми и, вероятно, улучшено в будущих версиях CarbonTracker. Легко самый крупный единичный среднегодовой источник CO2 — это выбросы от сжигания ископаемого топлива, которые в настоящее время не оценивается CarbonTracker.Мы используем оценки из кадастров выбросов (экономические учет) и вычтите сигнатуры мольных долей CO2 этих потоки из наблюдений. В результате потоки биосферы и океана оцениваются как CarbonTracker наследует ошибку от предполагаемых выбросов ископаемого топлива. Пока эти выбросы запасы могут иметь небольшую относительную ошибку в глобальных масштабах (возможно, 5 или 10%), любая такая систематическая ошибка приводит к большей относительной ошибке в среднегодовых показателях экосистемных источников и стоков, поскольку эти потоки имеют меньшие величины.Мы планируем добавить модель процесса ископаемого топлива. сгорание в будущих выпусках CarbonTracker. Наконец, дополнительные места измерения ожидается, что приведет к самым большим улучшениям, особенно к более надежным и конкретным источник / сток в меньших пространственных масштабах.


Согласованность смоделированного и наблюдаемого роста CO2 в атмосфере оценки

Глобальные темпы роста выбросов CO2 в атмосфере, полученные непосредственно из наблюдаемый углекислый газ на участках морской поверхности согласуется с моделями CarbonTracker, как по их средним значениям, так и по годам (рис. 6).Эти темпы глобального роста колебались на уровне около 4 PgC год-1 или около 1,9 ppm год-1 (Рисунок 6) в десятилетие 2000-х годов, но в последние годы увеличились. Наблюдаемые темпы роста мировой экономики в 2015 и 2016 годах составляют особенно высокий — 6,3 ПгК / год и 6,0 ПгК / год (чуть менее 3,0 частей на миллион в год-1). Эта аномалия считается быть связано с большим Эль-Ниньо 2015–2016 годов (см. ниже).


Рисунок 6.Темпы роста атмосферного CO2. Соблюдается темпы роста атмосферного CO2 (источник: страница NOAA ESRL на глобальном тренды CO2) нанесены на график в зависимости от атмосферного Предполагаемая скорость роста CO2 из глобальных потоков CT2019B. Обратите внимание, что планки погрешностей наблюдаемых темпов роста относительно маленькие и могут быть не видны на этом участке.
Эль-Ниньо 2015-2016 годов

Большое Эль-Ниньо 2015 и 2016 гг. Стало причиной двух лет устойчивых рекордных темпов глобального роста атмосферного CO2 (рисунок 6).Благодаря расширенному окну ассимиляции и расширенной сети данных измерений, CT2019 достаточно хорошо моделирует эти аномалии скорости роста. Что касается поверхностных потоков, CT2019 обнаружил, что наземные экосистемы в тропиках были ответственны за аномалию выбросов CO2 около 1,2 ПгС во время этого события (см. рисунок 7).

Рис. 7. Аномалии тропического потока суши, смоделированные с помощью CarbonTracker. Наш предыдущий выпуск CT2017 показан красным.CT2019B с более длительным периодом времени и модификациями для представления Эль-Ниньо показан синим цветом. Изображены месячные аномалии тропического наземного потока в PgC год-1. Толстые линии были обработаны фильтром нижних частот с использованием окна Хеннинга длительностью 13 месяцев.

2007 CarbonTracker PNAS публикация

CarbonTracker — это вклад NOAA в Североамериканскую углеродную программу


Другое CarbonTrackers

Изменение климата: двуокись углерода в атмосфере

Среднее значение двуокиси углерода в атмосфере в 2019 году составляло 409.8 частей на миллион ( ppm для краткости) с диапазоном неопределенности плюс-минус 0,1 ppm. Уровни углекислого газа сегодня выше, чем когда-либо за последние 800 000 лет.

Фактически, в последний раз такое высокое содержание CO₂ в атмосфере было более 3 миллионов лет назад, когда температура была на 2–3 ° C (3,6–5,4 ° F) выше, чем в доиндустриальную эпоху, а морская уровень был на 15–25 метров (50–80 футов) выше, чем сегодня.

Концентрация углекислого газа растет в основном из-за ископаемого топлива, которое люди сжигают для получения энергии.Ископаемые виды топлива, такие как уголь и нефть, содержат углерод, который растения извлекали из атмосферы в процессе фотосинтеза в течение многих миллионов лет; мы возвращаем этот углерод в атмосферу всего за несколько сотен лет. По данным Состояние климата в 2019 г. от NOAA и Американского метеорологического общества,

С 1850 по 2018 год в результате сжигания ископаемого топлива было выброшено 440 ± 20 Пг C (1 Пг C = 10¹⁵ г C) в виде CO₂ (Friedlingstein et al., 2019). Только за 2018 год глобальные выбросы от ископаемого топлива достигли 10 ± 0.5 пг C год − 1 впервые в истории (Friedlingstein et al., 2019). Около половины CO₂, выброшенного с 1850 г., остается в атмосфере. Остальная часть частично растворилась в Мировом океане…. Хотя наземная биосфера в настоящее время также является поглотителем CO из ископаемого топлива, совокупные выбросы CO₂ в результате изменений в землепользовании, таких как вырубка лесов, отменяют его поглощение землей в период 1850–2018 годов (Friedlingstein et al. 2019).

Углекислый газ в атмосфере был 409.8 ± 0,1 промилле в 2019 году, новый рекорд. Это увеличение на 2,5 ± 0,1 частей на миллион по сравнению с 2018 годом, такое же, как увеличение в период с 2017 по 2018 год. В 1960-х годах глобальные темпы роста содержания двуокиси углерода в атмосфере составляли примерно 0,6 ± 0,1 частей на миллион в год. Однако в период с 2009 по 18 год темпы роста составляли 2,3 промилле в год. Ежегодные темпы увеличения содержания углекислого газа в атмосфере за последние 60 лет примерно в 100 раз быстрее, чем предыдущие естественные приросты, такие как те, которые произошли в конце последнего ледникового периода 11 000-17 000 лет назад.

Сожмите или растяните график в любом направлении, удерживая клавишу Shift при щелчке и перетаскивании. Ярко-красная линия (исходные данные) показывает среднемесячное содержание углекислого газа в обсерватории NOAA Мауна-Лоа на Гавайях в частях на миллион (ppm): количество молекул углекислого газа на миллион молекул сухого воздуха. В течение года значения выше зимой в Северном полушарии и ниже летом. Темно-красная линия показывает годовой тренд, рассчитанный как 12-месячное скользящее среднее.

Почему диоксид углерода имеет значение

Двуокись углерода — это парниковый газ: газ, который поглощает и излучает тепло. Согреваемые солнечным светом, поверхность земли и океана постоянно излучает тепловую инфракрасную энергию (тепло). В отличие от кислорода или азота (которые составляют большую часть нашей атмосферы), парниковые газы поглощают это тепло и постепенно выделяют его, как кирпичи в камине после того, как огонь погас. Без этого естественного парникового эффекта средняя годовая температура на Земле была бы ниже нуля, а не около 60 ° F.Но увеличение количества парниковых газов нарушило баланс энергетического баланса Земли, задерживая дополнительное тепло и повышая среднюю температуру Земли.

Двуокись углерода — самый важный из долгоживущих парниковых газов Земли. Он поглощает меньше тепла на молекулу, чем парниковый газ метан или закись азота, но его больше, и он остается в атмосфере намного дольше. И хотя углекислый газ менее распространен и менее эффективен, чем водяной пар, в расчете на молекулу на молекулу, он поглощает тепловую энергию с длиной волны, которой нет у водяного пара, что означает, что он уникальным образом усиливает парниковый эффект.Увеличение содержания углекислого газа в атмосфере является причиной примерно двух третей общего энергетического дисбаланса, который вызывает повышение температуры Земли.

Другая причина, по которой углекислый газ играет важную роль в системе Земля, заключается в том, что он растворяется в океане, как газировка в банке с газировкой. Он вступает в реакцию с молекулами воды, образуя углекислоту и понижая pH океана. С начала промышленной революции pH поверхностных вод океана упал с 8,21 до 8,10. Это падение pH называется подкислением океана .

Падение 0,1 может показаться не очень большим, но шкала pH логарифмическая; снижение pH на 1 единицу означает десятикратное увеличение кислотности. Изменение на 0,1 означает увеличение кислотности примерно на 30%. Повышенная кислотность препятствует способности морских обитателей извлекать кальций из воды для создания своих раковин и скелетов.

Прошлое и будущее Углекислый газ

Естественное увеличение концентрации углекислого газа периодически приводило к повышению температуры Земли во время циклов ледникового периода на протяжении последних миллионов лет или более.Эпизоды тепла (межледниковья) начались с небольшого увеличения солнечного света из-за крошечного колебания оси вращения Земли или ее орбиты вокруг Солнца.

Это немного дополнительного солнечного света вызвало небольшое потепление. По мере того, как океаны нагреваются, они выделяют углекислый газ — как банка газировки, развалившаяся в жаркий летний день. Избыток углекислого газа в атмосфере усилил начальное потепление.

Основываясь на пузырьках воздуха, захваченных в ледяных кернах толщиной в милю (и других палеоклиматических свидетельствах), мы знаем, что во время циклов ледникового периода за последний миллион лет или около того содержание углекислого газа никогда не превышало 300 ppm.До начала промышленной революции в середине 1700-х годов среднее количество двуокиси углерода в мире составляло около 280 частей на миллион.

К моменту начала непрерывных наблюдений в вулканической обсерватории Мауна-Лоа в 1958 году уровень двуокиси углерода в атмосфере уже составлял 315 ppm. 9 мая 2013 года среднесуточное значение двуокиси углерода, измеренное в Мауна-Лоа, впервые за всю историю наблюдений превысило 400 частей на миллион. Менее чем через два года, в 2015 году, глобальное количество впервые превысило 400 частей на миллион. Если глобальный спрос на энергию продолжит расти и будет удовлетворяться в основном за счет ископаемых видов топлива, к концу этого столетия уровень двуокиси углерода в атмосфере, по прогнозам, превысит 900 ppm.

Подробнее о диоксиде углерода

Наблюдения за двуокисью углерода NOAA

Информационный бюллетень по углеродному циклу

Выбросы двуокиси углерода по странам в динамике

Сравнение парниковых газов по их потенциалу глобального потепления

Список литературы

Коллинз, М., Р. Кнутти, Дж. Арбластер, Ж.-Л. Dufresne, T. Fichefet, P. Friedlingstein, X. Gao, W.J. Gutowski, T. Johns, G. Krinner, M. Shongwe, C. Tebaldi, A.J. Уивер и М. Венер, 2013: Долгосрочное изменение климата: прогнозы, обязательства и необратимость.В: Изменение климата 2013: основы физических наук. Вклад Рабочей группы I в Пятый доклад об оценке Межправительственной группы экспертов по изменению климата [Stocker, T.F., D. Qin, G.-K. Платтнер, М. Тиньор, С.К. Аллен, Дж. Бошунг, А. Науэльс, Ю. Ся, В. Бекс и П.М. Мидгли (ред.)]. Издательство Кембриджского университета, Кембридж, Великобритания и Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США.

X. Lan, B. D. Hall, G. Dutton, J. Mühle и J. W. Elkins. (2020). Состав атмосферы [в Состояние климата в 2018 г., Глава 2: Глобальный климат].Специальное онлайн-приложение к бюллетеню Американского метеорологического общества, том 101, № 8, август 2020 г.

Люти Д., М. Ле Флок, Б. Берейтер, Т. Блунье, Ж.-М. Барнола, У. Зигенталер, Д. Рейно, Ж. Жузель, Х. Фишер, К. Кавамура и Т.Ф. Stocker. (2008). Рекордная концентрация углекислого газа с высоким разрешением 650 000-800 000 лет назад. Природа , Vol. 453, с. 379-382. DOI: 10,1038 / природа06949.

Океанографическое учреждение Вудс-Хоул. (2015).Введение в закисление океана. По состоянию на 4 октября 2017 г.

Линдси Р. (2009). Климат и энергетический бюджет Земли. Доступ 4 октября 2017 г.

MefCO 2 — метанольное топливо из CO 2 Синтез метанола из захваченного диоксида углерода с использованием избыточной электроэнергии июнь скачать на ppt

Презентация на тему: «MefCO 2 — Метанольное топливо из CO 2 Синтез метанола из захваченного диоксида углерода с использованием избыточной электроэнергии, июнь 2015 г.» — стенограмма презентации:

1 MefCO 2 — метанольное топливо из CO 2 Синтез метанола из уловленного диоксида углерода с использованием избыточной электроэнергии Июнь 2015 г.

2 2 Выбросы парниковых газов должны быть сокращены на 50-80% к 2050 году, чтобы избежать драматических последствий глобального потепления.

3 3 CO 2… ключевой ценный элемент, который будет использоваться для устойчивого будущего химической промышленности

4 4 Европа обладает ноу-хау, способностями и амбициями лидировать в мире в разработке этих технологий

5 5 MefCO 2 — Синтез метанола из захваченного диоксида углерода с использованием избыточной электроэнергии

6 6 Электростанция Электролиз воды Процесс метанола Установка улавливания углерода


7 7 i-сделок (Испания)  Координация, распространение и эксплуатация Национальный институт химии в Словении (Словения)  Разработка катализа и реакций Mitsubishi Hitachi Power Systems Europe (Германия)  Системный интегратор Субподрядчик: STEAG (Германия)  Владелец электростанции Кардиффский институт катализа (Великобритания)  Исследования в области синтеза катализаторов Carbon Recycling International (Исландия)  CO 2 разработчику технологии метанола DIME — Университет Генуи (Италия)  Термоэкономический анализ и оптимизация процесса Hydrogenics Europe (Бельгия)  Разработчик технологии электролизера Дуйсбургский университет Эссен (Германия)  Поставщик технологий улавливания CO 2

.