14 просмотров

Изменение климата: как искусственный фотосинтез может способствовать ограничению глобального потепления?

Изменение климата: как искусственный фотосинтез может способствовать ограничению глобального потепления?

Если СО2 выбросы падают недостаточно быстро, то CO2 должны быть удалены из атмосферы, чтобы ограничить глобальное потепление. Этому могут способствовать не только посадка новых лесов и биомассы, но и новые технологии искусственного фотосинтеза. Физики подсчитали, какая площадь поверхности потребуется для таких растворов. Хотя искусственный фотосинтез мог связывать CO2 более эффективна, чем природная модель, для повышения масштаба технологии необходимы огромные инвестиции в исследования.

После нескольких лет, в течение которых глобальные выбросы оставались на прежнем уровне, в 2017 и 2018 годах они снова несколько выросли. Германия также явно не достигла своих климатических целей.Чтобы удержать глобальное потепление ниже 2 градусов по Цельсию, требуется всего около 1100 гигатонн CO.2 могут быть выброшены в атмосферу к 2050 году.2 могут быть выпущены во всем мире. К 2050 году выбросы должны упасть до нуля. Однако в настоящее время 42 гигатонны CO2 добавляются каждый год.

Почти все различные сценарии требуют «отрицательных выбросов».

Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК) провела численное моделирование различных сценариев. Только в самом оптимистичном сценарии климатическая цель может быть достигнута: и это за счет немедленных и радикальных мер во всех секторах (транспорт, сельское хозяйство, строительство, энергетика и т. д.).

В менее оптимистичных сценариях мировому сообществу придется принять дополнительные меры, начиная с 2030 г. или самое позднее к 2050 г.: нам придется реализовать «отрицательные выбросы» за счет удаления больших количеств CO.2 из атмосферы и хранить их постоянно, чтобы сбалансировать углеродный баланс. Одним из примеров отрицательных выбросов является крупномасштабное лесонасаждение — леса связывают CO.2 в древесине до тех пор, пока она не будет использована в дальнейшем в качестве топлива. Но СО2 также могут быть удалены из атмосферы и связаны с помощью искусственного фотосинтеза.

Статья в тему:  Как глобальное потепление может повлиять на Бали в Индонезии

Физики рассчитали, как это может работать. Доктор Матиас Мэй из Института солнечного топлива HZB является экспертом в области искусственного фотосинтеза. Доктор Кира Рефельд — физик-эколог из Гейдельбергского университета, изучающая климат и изменчивость окружающей среды.

Естественный фотосинтез: площадь поверхности размером с Европу должна быть покрыта лесом

В среднем сценарии не менее 10 гигатонн CO2 в год необходимо удалять из атмосферы, начиная примерно с 2050 года, чтобы сбалансировать баланс углерода в климате. Лесонасаждение и выращивание биомассы для сокращения выбросов CO2 однако конкурируют за те же площади, которые необходимы для сельского хозяйства.Таким образом, только с большим количеством биомассы трудно достичь такого масштаба, поскольку естественный фотосинтез не является особенно эффективным процессом. Листья могут использовать максимум два процента света для преобразования CO.2 и воды в новые химические соединения. Два физика утверждают, что для связывания 10 гигатонн CO2 в год в лесу около 10 миллионов квадратных километров плодородных площадей на Земле пришлось бы засаживать новым лесом. Это соответствует площади континентальной Европы. до Урала!.

При искусственном фотосинтезе может хватить площади размером с землю Бранденбург.

Системы материалов, которые в настоящее время исследуются для искусственного фотосинтеза, могут связывать CO.2 со значительно большей эффективностью. Уже сегодня в лабораторных масштабах фотоэлектрохимические системы, изготовленные из полупроводниковых материалов и оксидов, могут использовать около 19% света, например, для расщепления воды и, таким образом, реализовать часть процесса фотосинтеза. Однако система материалов, предложенная Мэем и Рефельдом, предназначена не для производства водорода с помощью солнечного света, а для связывания CO.2 молекулы и превращение их в стабильные химические соединения. «Однако это относительно похожая проблема с точки зрения физической химии», — говорит Мэй.

Статья в тему:  Как солнечные вспышки вызывают глобальное потепление

Однако предварительным условием является то, что к 2050 году можно будет разработать крупномасштабные долговечные модули, использующие солнечную энергию для преобразования атмосферного CO.2 в другие соединения. Необходимую площадь для этого решения можно рассчитать. Предполагая эффективность 19% и 50% потерь системы, около 30 000 квадратных километров модулей может быть достаточно для извлечения 10 гигатонн CO.2 из атмосферы ежегодно. Это соответствует приблизительной площади немецкой федеральной земли Бранденбург.

«Такие модули можно было бы размещать в несельскохозяйственных регионах — например, в пустынях.В отличие от растений, им почти не требуется вода для работы, и их эффективность не снижается при воздействии интенсивного солнечного излучения», — объясняет Мэй.2 могут быть преобразованы в муравьиную кислоту, спирт или оксалат и объединены с другими соединениями (например, хлоридом кальция) с образованием твердых минералов, которые можно хранить или даже использовать в виде пластика в качестве строительного материала.

Сосредоточьтесь на развитии, а не на чудесах

Даже если Мэй и Рефельд убеждены, что такие решения следует рассматривать более внимательно, они предостерегают от упования на технические чудеса. Это связано с тем, что такие системы по-прежнему функционируют только в наименьшем масштабе, они дороги и нестабильны в долгосрочной перспективе. Изменение этого требует больших инвестиций в исследования и разработки.

«Возможно, такие модули можно разработать, но даже если бы мы смогли их построить, по нашим оценкам, конверсия будет стоить не менее 65 евро за тонну CO.2. Извлечение 10 гигатонн CO2 таким образом, затраты составляют 650 миллиардов евро в год. Более того, отрицательные выбросы могут быть лишь последним средством для медленного резкого изменения климата. Лучше всего сейчас было бы резко сократить выбросы сразу — это было бы безопаснее и намного дешевле», — говорит Мэй.

Статья в тему:  Глобальное потепление, когда недвижимость на берегу океана станет бесполезной

Дополнительная информация: Матиас М. Мэй и др., Идеи ESD: фотоэлектрохимическое удаление углерода как технология отрицательного излучения, Динамика земной системы (2019). DOI: 10.5194/esd-10-1-2019

Цитата: Изменение климата: как искусственный фотосинтез может способствовать ограничению глобального потепления? (2019, 17 января) получено 23 ноября 2022 г. с https://phys.org/news/2019-01-climate-artificial-photogenesis-contribute-limiting.html.

Этот документ защищен авторским правом. За исключением любой честной сделки с целью частного изучения или исследования, никакая часть не может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в ознакомительных целях.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
0
Оставьте комментарий! Напишите, что думаете по поводу статьи.x