со2 что это за газ
Углекислый газ: характеристики и применение
Человечество научилось использовать газообразные вещества для поддержания искусственных процессов и реакций, в результате которых удаётся получить другие химические соединения. Кроме этого, различные газы используются для получения определённых физических явлений и свойств. Углекислый газ или СО2 обладает большим количеством качеств, которые не могут не использоваться в химической промышленности и быту.
Что такое углекислый газ
Оксид углерода (IV) представляет собой тяжёлый газ. Плотность углекислоты примерно в полтора раза больше чем у атмосферного воздуха. Несмотря на то, что этот газ уже при температуре минус 78,3 градуса Цельсия превращается в снегообразную массу, получить жидкую углекислоту при нормальном давлении не представляется возможным. Так называемый сухой лёд при малейшем повышении температуры сразу переходит из твёрдой, в газообразную форму. Получить жидкую углекислоту можно только при давлении более 60 атмосфер. В таких условиях газ конденсируется даже при комнатной температуре с образованием бесцветной жидкости.
Углекислый газ не окисляется, но может поддерживать горение некоторых металлов. В среде углекислоты, при определённых условиях, могут возгораться такие активные элементы как магний, кальций и барий. Этот газ хорошо растворим в воде, а в воздухе его содержится большое количество благодаря дыханию живых организмов и растений, наличию вулканической активности на земле, а также в результате сгорания органических веществ.
В результате растворения СО2 в воде в большой концентрации образуется угольная кислота. Это вещество может вступать в реакцию с фенолом и магнийорганическими соединениями. Углекислый газ также реагирует с щелочами. В результате такой реакции образуются соли и эфиры угольной кислоты.
Свойства углекислого газа
Углекислый газ невозможно определить органами зрения или обоняния. Если концентрация СО2 невелика, то не будет ощущаться и вкуса, но при наличии большого количества этого газа в воздухе может ощущаться кисловатый привкус.
При большой концентрации углекислоты во вдыхаемом воздухе может наступить отравление. Признаками негативного воздействия СО2 на организм человека являются:
Учитывая тот факт, что углекислый газ тяжелее воздуха, его концентрация в нижней части помещения будет более значительной. По этой причине, первую очередь симптомы отравления могут наблюдаться у животных и детей, а также у взрослых очень маленького роста. Большая концентрация СО2 может привести к гибели людей. При потере сознания человек может оказаться на полу, где количество кислорода будет недостаточным для поддержания нормального процесса дыхания.
Углекислый газ: получение в промышленности
Существует большое количество способов промышленного получения углекислоты. Наиболее рентабельными являются варианты добычи газа, основанные на получении СО2, который образовывается на химических производствах в виде отходов.
Газообразный оксид углерода (IV) получают из промышленного дыма способом адсорбции моноэтаноламина. Частицы этого вещества подаются в трубу с отходами и вбирают в себя углекислоту. После прохождение через смесь CO2 моноэтаноламины направляются на очистку в специальные резервуары, в которых, при определённых показателях температуры и давления, происходит высвобождение углекислого газа.
Углекислый газ высокого качества получается в результате брожения сырья при изготовлении спиртных напитков. На таких производствах газообразный СО2 обрабатывают водородом, перманганатом калия и углем. В результате реакции получают жидкую форму углекислоты.
Твёрдое состояние СО2 или «сухой лёд» также получают из отходов пивоваренных заводов и ликероводочных производств. Это агрегатное состояние вещества в промышленных масштабах образуется в такой последовательности:
Таким образом получается высококачественный «сухой лёд», который может использоваться в пищевой промышленности, растениеводстве или в быту.
Применение углекислого газа
Благодаря наличию определённых физических и химических свойств углекислый газ может использоваться в различных сферах. В химической промышленности углекислота используется для:
В металлургии CO2 применяется с целью:
Кроме перечисленных областей углекислый газ активно используется при производстве бумаги. Оксид углерода применяется регулирования водородного показателя древесной массы, а также усиления мощности производственных машин.
Углекислый газ используется в пищевой промышленности в качестве добавки, которая оказывает консервирующее действие. При изготовлении выпечки СО2 применяется в качестве разрыхлителя. Газированные напитки также изготавливаются с применением углекислоты, а для хранения быстро портящихся продуктов используется «сухой лёд».
Незаменим углекислый газ и при выращивании овощей и фруктов в зимних теплицах. В таких помещения в воздухе недостаточное количество СО2, который необходим для «дыхания» растений, поэтому приходится искусственно насыщать атмосферу этим газом.
В медицине углекислота применяется во время проведения сложных операций на внутренних органах. Наиболее ценным качеством этого газа, является использование его для реанимационных мероприятий, ведь благодаря возможности повысить его концентрацию можно эффективно стимулировать процесс дыхания пациента.
При сварке металлов углекислота применяется в качестве инертного облака, которое служит защитой расплавленного участка от попадания в него активного кислорода. В результате такой обработки сварочный шов получается идеально ровным и не подверженным окислению.
Благодаря способности охлаждаться при испарении, СО2 используется для тушения пожаров. Заправленные этим веществом огнетушители являются эффективным средством борьбы с возгораниями на объектах, где применение порошковых или пенных средств тушения невозможно.
В быту углекислота используется в качестве напорного газа в пневматическом оружии, а также для отпугивания комаров и борьбы с грызунами.
Углекислый газ: хранение и транспортировка
Хранение СО осуществляется в баллонах чёрного цвета, на корпусе которых обязательно должна быть надпись «Углекислота».
Кроме этого, на ёмкости наносится маркировка, по которой можно получить информацию о производителе баллона, весе пустой ёмкости, а также узнать дату последнего освидетельствования. Нельзя использовать углекислотные баллоны, у которых:
Транспортировка наполненных газом баллонов должна осуществляться по следующим правилам:
Кроме этого, техникой безопасности запрещается переносить баллоны вручную или перекатывать их по земле.
Хранение баллонов с углекислотой может осуществляться как в специально оборудованных помещениях, так и под открытым небом. В зданиях ёмкости следует размещать на расстоянии не менее 1 метра от отопительных приборов. При хранении на улице необходимо оградить ёмкости от воздействия прямых солнечных лучей и осадков, поэтому размещать резервуары таким способом рекомендуется под навесом. Если хранение баллонов осуществляется в неотапливаемом помещении или под открытым небом, то в зимнее время необходимо следить за тем, чтобы ёмкости не охлаждались ниже минус 40 градусов Цельсия.
Все про углерод: опасность CO2 и методы нейтрализации выбросов углекислого газа
Города, особенно мегаполисы — это центры развития технологий, бизнеса и культуры. Но есть и обратная сторона медали — колоссальный уровень загрязнения окружающей среды. В первую очередь, речь идет о промышленных отходах, твердых, жидких и газообразных. Что касается последних, то больше всего в атмосферу Земли выбрасывается углекислого газа. На долю городов приходится около 70% выбросов CO2. А это означает, что города становятся еще и главной причиной изменений климата на Земле — глобального потепления. Руководитель российского представительства Bolt Екатерина Хан рассказывает о том, как можно решить эту проблему, приблизив города к углеродно-нейтральным и тем самым снизив негативное воздействие на окружающую среду.
Читайте «Хайтек» в
Сеул, Гуанчжоу, Нью-Йорк, Гонконг и Лос-Анджелес — главные центры «поставок» углекислого газа в атмосферу Земли. Ежегодно каждый из них выбрасывает более 150 млн тонн СО2. Основные техногенные источники углекислоты — промышленные предприятия, транспортные средства и сельское хозяйство, в первую очередь — вырубка лесов и превращение этих территорий в пахотные земли.
Сам по себе углекислый газ не вреден для окружающей среды. Наоборот, он является одним из главных элементов процесса жизнедеятельности растений. Они поглощают СО2, перерабатывают его и выделяют в атмосферу кислород. Но если диоксида углерода становится слишком много, он начинает играть роль тепловой изоляции для планеты. Излучение Солнца свободно проходит через атмосферу, но вот обратно, в космос, уходит тем меньше тепловой энергии, чем больше парниковых газов в газовой оболочке Земли. Поверхность планеты начинает нагреваться. Тают льды, изменяются климат и видовой состав флоры и фауны.
Природа будет развиваться, эволюционировать и дальше, изменение климата — проблема, прежде всего, для человечества, которое тысячи лет живет в относительно комфортных условиях. Если уровень Мирового океана значительно изменится, начнутся катастрофы, проблемы будут не у отдельно взятых людей, а у целых государств. С этим стараются бороться. Чем дальше, тем активнее обсуждается вопрос необходимости снижения выбросов парниковых газов, предпринимаются активные действия. К сожалению, не все корпорации и страны готовы действовать в этом направлении. Например, США под руководством Дональда Трампа даже вышли из Парижского соглашения по климату. Но определенный прогресс всё же есть.
Углеродная нейтральность как инструмент решения проблемы климатических изменений
В этом году на саммите ООН по климату 66 стран мира взяли на себя обязательство достичь к 2050 году углеродной нейтральности. Документ был подписан 23 сентября 2019 года. Кроме государств, обязательство подписали 10 регионов, 102 города, 93 компании и 12 инвесторов. В дополнение к этому мэры 19 крупнейших городов мира заявили о том, что к 2050 году их населенные пункты станут углеродно-нейтральными. Соответствующий документ подписан властями Копенгагена, Йоханнесбурга, Лондона, Лос-Анджелеса, Монреаля, Нью-Йорка, Ньюберипорта, Парижа, Портланда, Сан-Франциско, Сан-Хосе, Санта-Моники, Стокгольма, Сиднея, Токио, Торонто, Цване, Ванкувера и Вашингтона. К слову, здания и сооружения в городах генерируют более 50% выбросов парниковых газов в городах.
Что же такое углеродная нейтральность? Это один из методов предотвращения или сведения к минимуму выбросов СО2 в атмосферу. Некоторые компании достигают углеродной нейтральности самостоятельно, изменяя производственный процесс, используя другие материалы и химические соединения. Другие компенсируют негативное воздействие за счет сотрудничества с организациями по охране окружающей среды.
Второй вариант более предпочтителен для брендов, которые занимаются производством одежды, транспортных компаний, ритейлеров. Они возмещают наносимый вред участием в социальных проектах экологической направленности. Это могут быть высадка деревьев, акции по защите лесов, проекты оптимизации сельского хозяйства, инвестиции в зеленое или безотходное производство. Среди брендов одежды соглашение об углеродной нейтральности подписали Burberry, Prada, Michael Kors, Versace, Tommy Hilfiger, Calvin Klein, Hermès, Chanel, Adidas, Nike, Puma, Zara, H&M и другие компании.
Но основное влияние на решение вопроса экологии продолжают оказывать города и страны. Некоторые продвинулись в переходе на углеродную нейтральность сильнее, чем другие.
Сан-Франциско. Этот американский город реализует собственный проект по сокращению выбросов парниковых газов. Руководство Сан-Франциско решило делать город углеродно-нейтральным, несмотря на политику Дональда Трампа, который, как и говорилось выше, вывел свою страну из Парижского соглашения по климату. Сейчас жители населенного пункта постепенно переходят на возобновляемые источники энергии, по возможности используют велосипеды вместо автомобилей и высаживают деревья. Результат уже есть — в 2016 году уровень выбросов СО2 в Сан-Франциско снизился на треть по сравнению с 1990 годом. А к 2050 году руководство города обещает сделать его углеродно-нейтральным. Более того, к этой цели постепенно движется весь штат.
Ливерпуль. В этом городе поставили цель стать углеродно-нейтральным уже в следующем году. Для этого в Ливерпуле постепенно переходят на возобновляемые источники энергии, проводят политику снижения количества автомобилей, занимаются озеленением города и его окрестностей. Контроль за выбросами СО2 осуществляется при помощи специализированной блокчейн-системы, которая упрощает процесс торговли квотами на выбросы. В итоге все данные о выбросах прозрачны, а изменить что-либо в реестре нельзя.
Копенгаген. Еще один крупный город, который реализует собственный углеродно-нейтральный план. Стать нейтральным Копенгаген планирует на пять лет позже Ливерпуля — к 2025 году. За это время планируется построить муниципальные солнечные и ветряные электростанции, внедрить smart-технологии в муниципальные службы и снизить количество автотранспорта.
Хельсинки. Столица Финляндии планирует стать углеродно-нейтральным городом к 2035 году. Власти разработали масштабный план из 143 пунктов. В него входят, как в уже описанные выше проекты, использование зеленой энергетики, снижение количества транспортных средств, популяризация велотранспорта и прогулок. Также финны хотят сократить потребление тепловой энергии за счет модернизации старых зданий. Руководство этой страны рассматривает возможность запретить продажу автомобилей с ДВС и разрешить автомобильным компаниям продавать лишь электромобили.
Аделаида. Австралийский город старается стать первым в мире углеродно-нейтральным населенным пунктом. Мэрия разработала специальные программы поддержки граждан, которые строят современные, энергоэффективные дома, модернизируют устаревшие здания, приобретают электротранспортные средства, устанавливают ветряки и солнечные электростанции.
Также практически все города, которые сейчас реализуют проекты углеродной нейтральности, продвигают концепции каршеринга, райдшеринга, власти занимаются популяризацией электросамокатов, скутеров и других транспортных средств, которые не выбрасывают вредные вещества в атмосферу, занимая при этом минимум пространства на дороге. В этом должны помогать и транспортные компании. Bolt, например, активно развивает идею райдшеринга, расширяет сеть электросамокатов в городах, постепенно переходит на использование в поездках на такси электромобилей. Недавно компания запустила глобальную инициативу Green Plan, в рамках который запланированы инвестиции в 10 млн евро в углеродно-нейтральные поездки до конца 2025 года. Помимо компенсации ущерба от совершаемых на такси поездок, мы хотим предоставить нашим пассажирам возможность пожертвовать средства и участвовать в экологических инициативах прямо в приложении Bolt.
Появляются стартапы, которые нацелены перерабатывать углекислый газ. Одна из таких компаний — LanzaTech. Она занимается производством топлива из газообразных выбросов промышленных предприятий. Еще один стартап, Climeworks, вытягивает углекислоту из атмосферы, используя ее в качестве промежуточного элемента для производства метана. Завод был построен в прошлом году на финансы, предоставленные Европейским союзом. Еще один вариант — перевод CO2 из газообразного состояния в твердое, то есть химическое связывание с горными породами. Такое предприятие работает в Исландии, вводя в литосферу СО2, удаленный из атмосферы. Конечно, производительность таких систем не очень большая, но с течением времени они станут применяться в большем количестве регионов, снижая концентрацию углекислоты.
Несмотря на то, что большинство проблем нашей планеты — прямой результат деятельности человека, сегодня общество потребления начинает осознавать важность ежедневного вклада в борьбу с изменением климата. Вопрос защиты окружающей среды перестает быть прерогативой природоохранных организаций. Масштаб проблемы заставляет нас всех объединиться. Люди всё чаще начинают выбирать углеродно-нейтральный транспорт вместо обычного, покупать биоразлагаемые пакеты или заказывать кофе без пластиковой крышки. Всё это становится возможным в том числе и из-за своевременной реакции бизнеса на проблематику экологии. Современный бизнес не может функционировать, игнорируя вопросы охраны окружающей среды. Так, попытки многих крупных компаний прийти к углеродной нейтральности — начало очень важной для всех нас тенденции.
Что такое CO2
Что такое CO2
Что такое диоксид углерода
Диоксид углерода известен в основном в своем газообразном состоянии, т.е. в качестве углекислого газа с простой химической формулой CO2. В таком виде он существует в нормальных условиях – при атмосферном давлении и «обычных» температурах. Но при повышенном давлении, свыше 5 850 кПа (таково, например, давление на морской глубине около 600 м), этот газ превращается в жидкость. А при сильном охлаждении (минус 78,5°С) он кристаллизуется и становится так называемым сухим льдом, который широко используется в торговле для хранения замороженных продуктов в рефрижераторах.
Жидкая углекислота и сухой лед получаются и применяются в человеческой деятельности, но эти формы неустойчивы и легко распадаются.
А вот газообразный диоксид углерода распространен повсюду: он выделяется в процессе дыхания животных и растений и является важной составляющей частью химического состава атмосферы и океана.
Свойства углекислого газа
Углекислый газ CO2 не имеет цвета и запаха. В обычных условиях он не имеет и вкуса. Однако при вдыхании высоких концентраций диоксида углерода можно почувствовать во рту кисловатый привкус, вызванный тем, что углекислый газ растворяется на слизистых и в слюне, образуя слабый раствор угольной кислоты.
Кстати, именно способность диоксида углерода растворяться в воде используется для изготовления газированных вод. Пузырьки лимонада – тот самый углекислый газ. Первый аппарат для насыщения воды CO2 был изобретен еще в 1770 г., а уже в 1783 г. предприимчивый швейцарец Якоб Швепп начал промышленное производство газировки (торговая марка Schweppes существует до сих пор).
Углекислый газ тяжелее воздуха в 1,5 раза, поэтому имеет тенденцию «оседать» в его нижних слоях, если помещение плохо вентилируется. Известен эффект «собачьей пещеры», где CO2 выделяется прямо из земли и накапливается на высоте около полуметра. Взрослый человек, попадая в такую пещеру, на высоте своего роста не ощущает избытка углекислого газа, а вот собаки оказываются прямо в густом слое диоксида углерода и подвергаются отравлению.
CO2 не поддерживает горение, поэтому его используют в огнетушителях и системах пожаротушения. Фокус с тушением горящей свечки содержимым якобы пустого стакана (а на самом деле — углекислым газом) основан именно на этом свойстве диоксида углерода.
Углекислый газ в природе: естественные источники
Углекислый газ в природе образуется из различных источников:
Углекислый газ «хранится» в природе в виде углеродных соединений в полезных ископаемых: угле, нефти, торфе, известняке. Гигантские запасы CO2 содержатся в растворенном виде в мировом океане.
Выброс углекислого газа из открытого водоема может привести к лимнологической катастрофе, как это случалось, например, в 1984 и 1986 гг. в озерах Манун и Ньос в Камеруне. Оба озера образовались на месте вулканических кратеров – ныне они потухли, однако в глубине вулканическая магма все еще выделяет углекислый газ, который поднимается к водам озер и растворяется в них. В результате ряда климатических и геологических процессов концентрация углекислоты в водах превысила критическое значение. В атмосферу было выброшено огромное количество углекислого газа, который наподобие лавины спустился по горным склонам. Жертвами лимнологических катастроф на камерунских озерах стали около 1 800 человек.
Искусственные источники углекислого газа
Основными антропогенными источниками диоксида углерода являются:
Несмотря на то, что доля экологичного транспорта в мире растет, подавляющая часть населения планеты еще не скоро будет иметь возможность (или желание) перейти на новые автомобили.
Активное сведение лесов в промышленных целях также ведет к повышению концентрации углекислого газа СО2 в воздухе.
Углекислый газ в организме человека
CO2 – один из конечных продуктов метаболизма (расщепления глюкозы и жиров). Он выделяется в тканях и переносится при помощи гемоглобина к легким, через которые выдыхается. В выдыхаемом человеком воздухе около 4,5% диоксида углерода (45 000 ppm) – в 60-110 раз больше, чем во вдыхаемом.
Углекислый газ играет большую роль в регуляции кровоснабжения и дыхания. Повышение уровня CO2 в крови приводит к тому, что капилляры расширяются, пропуская большее количество крови, которое доставляет к тканям кислород и выводит углекислоту.
Дыхательная система тоже стимулируется повышением содержания углекислого газа, а не нехваткой кислорода, как может показаться. В действительности нехватка кислорода долго не ощущается организмом и вполне возможна ситуация, когда в разреженном воздухе человек потеряет сознание раньше, чем почувствует нехватку воздуха. Стимулирующее свойство CO2 используется в аппаратах искусственного дыхания: там углекислый газ подмешивается к кислороду, чтобы «запустить» дыхательную систему.
Углекислый газ и мы: чем опасен СO2
Углекислый газ необходим человеческому организму так же, как кислород. Но так же, как с кислородом, переизбыток углекислого газа вредит нашему самочувствию.
Большая концентрация CO2 в воздухе приводит к интоксикации организма и вызывает состояние гиперкапнии. При гиперкапнии человек испытывает трудности с дыханием, тошноту, головную боль и может даже потерять сознание. Если содержание углекислого газа не снижается, то далее наступает черед гипоксии – кислородного голодания. Дело в том, что и углекислый газ, и кислород перемещаются по организму на одном и том же «транспорте» – гемоглобине. В норме они «путешествуют» вместе, прикрепляясь к разным местам молекулы гемоглобина. Однако повышенная концентрация углекислого газа в крови понижает способность кислорода связываться с гемоглобином. Количество кислорода в крови уменьшается и наступает гипоксия.
Такие нездоровые для организма последствия наступают при вдыхании воздуха с содержанием CO2 больше 5 000 ppm (таким может быть воздух в шахтах, например). Справедливости ради, в обычной жизни мы практически не сталкиваемся с таким воздухом. Однако и намного меньшая концентрация диоксида углерода отражается на здоровье не лучшим образом.
Согласно выводам некоторых исследований, уже 1 000 ppm CO2 вызывает у половины испытуемых утомление и головную боль. Духоту и дискомфорт многие люди начинают ощущать еще раньше. При дальнейшем повышении концентрации углекислого газа до 1 500 – 2 500 ppm критически снижается работоспособность, мозг «ленится» проявлять инициативу, обрабатывать информацию и принимать решения.
И если уровень 5 000 ppm почти невозможен в повседневной жизни, то 1 000 и даже 2 500 ppm легко могут быть частью реальности современного человека. Наш эксперимент в школе показал, что в редко проветриваемых школьных классах уровень CO2 значительную часть времени держится на отметке выше 1 500 ppm, а иногда подскакивает выше 2 000 ppm. Есть все основания предполагать, что во многих офисах и даже квартирах ситуация похожая.
Безопасным для самочувствия человека уровнем углекислого газа физиологи считают 800 ppm.
Еще одно исследование обнаружило связь между уровнем CO2 и окислительным стрессом: чем выше уровень диоксида углерода, тем больше мы страдаем от окислительного стресса, который разрушает клетки нашего организма.