Глава 843. Одна из базовых технологий для колонизации Марса •
Многопористая жидкостная система улавливания углекислого газа DAC.
Это новейшая прорывная технология Института материалов Чуаньхай, а также сюрприз, который Фань Пэнъюэ подготовил для Сюй Чуаня.
Глядя на это огромное устройство, Сюй Чуань с интересом сказал: "Расскажи мне о нем."
Превращение углекислого газа в кислород, крахмал, глюкозу, бензин, графен и другие материалы не является передовой технологией. Эти технологии преобразования имели полные маршруты еще десять лет назад и были успешно опробованы в лабораториях разных стран.
Конечно, энергосберегающие и высокоэффективные технологии преобразования по-прежнему являются проблемой.
Но это не главное.
Сложность этой технологии заключается в том, как собрать из атмосферы ничтожно малое количество углекислого газа.
Для достижения безуглеродного общества важен не только сбор высококонцентрированного углекислого газа, выбрасываемого заводами и т.д., но и улавливание низкоконцентрированного углекислого газа из воздуха, то есть прямой захват углерода из воздуха.
Это самое сложное, и ему было очень любопытно, как это удалось Институту материалов Чуаньхай, и насколько эффективным это может быть.
Мастер Сюн Фань Пэнъюэ кивнул и начал рассказывать: "Многопористая жидкостная система улавливания углекислого газа DAC - это устройство, объединяющее улавливание и преобразование углекислого газа."
"В нем используется технология сочетания ионообменной мембраны и изофорондиамина, с помощью электропривода улавливается углекислый газ из атмосферы, и при концентрации 400 ppm в воздухе способность удаления углекислого газа из атмосферы превышает 99%!"
"Другими словами, в нынешней атмосферной среде его способность фильтрации и адсорбции углекислого газа составляет более 99%, что в 20-50 раз больше, чем у обычных технологий или материалов для адсорбции углекислого газа на рынке, в зависимости от концентрации, и даже самые лучшие аминовые материалы составляют лишь от одной пятой до одной десятой от него."
Услышав это объяснение, Сюй Чуань был удивлен: "Концентрация 400 ppm, а индекс адсорбции может достигать 99%?"
Это значение, немного круто.
Нет, можно сказать, что это очень круто.
Нужно знать, что обычная эффективность адсорбции ионообменными мембранами и т.д., химическими растворителями и т.д. обычно составляет лишь жалкие единицы процентов, и даже для высокоэффективных специальных растворителей эффективность адсорбции обычно составляет лишь десять с небольшим процентов.
Эффективность адсорбции 99%, и это в обычной атмосферной среде.
Даже Сюй Чуань должен был сказать: "Это потрясающе!"
Рядом с ним старший брат Фань с улыбкой на лице сказал: "Иначе как бы я сказал тебе, что это сюрприз?"
Сказав это, он подошел к этому устройству для улавливания углекислого газа с многопористой жидкостью DAC, постучал по внутренней ионообменной мембране, защищенной изолирующей сеткой, и продолжил:
"Углекислый газ, поглощенный изофорондиамином, может соединяться с ним, образуя хлопьевидный твердый карбаматный материал, который легко удаляется из исходной жидкости."
"И метод отделения углекислого газа очень прост: его нагревают до температуры выше 60 градусов, и тогда поглощенный углекислый газ может снова перейти в газообразное состояние, что также высвобождает исходный жидкий изофорондиамин, который снова поступает в систему для повторного использования."
"И изофорондиамин обладает высокой прочностью, после более чем 48 часов экспериментов он все еще может непрерывно поглощать углекислый газ из атмосферы с эффективностью более 99%, и даже после многократного поглощения и высвобождения углекислого газа не менее ста раз не наблюдалось снижения его характеристик, и его можно использовать повторно."
"Что касается отделенного углекислого газа, то в дальнейшем его можно хранить в твердой или газообразной форме. Он хранится или повторно используется в промышленных или химических процессах."
"Кроме того, его можно подключить к устройству преобразования углекислого газа, и он может быть непосредственно преобразован в крахмал, кислород, глюкозу и другие вещества внутри этого устройства."
"Однако, чтобы полностью интегрировать устройство преобразования в многопористую жидкостную систему улавливания углекислого газа DAC, нам нужно сделать ее довольно большой."
"Еще один недостаток заключается в том, что цена изофорондиамина не очень низкая, по текущей рыночной цене он стоит около двухсот юаней за килограмм."
"А один килограмм изофорондиамина, исходя из максимальной эффективности адсорбции, может покрыть только около двух квадратных метров площади адсорбции, если больше, то эффективность адсорбции снизится."
"Кроме того, в процессе поглощения и высвобождения из-за нагрева будет теряться очень небольшое количество изофорондиамина, это все недостатки."
"Но мы ищем способы снизить стоимость его синтеза."
Сюй Чуань кивнул и удовлетворенно сказал: "Уже очень хорошо."
Развитие технологий улавливания и повторного использования углерода очень важно для таких трудно обезуглероживаемых отраслей, как производство стали, цемента и удобрений, но оно очень дорого.
Двести юаней за килограмм - это действительно немного дорого, но при такой высокой эффективности адсорбции, я думаю, найдется много заводов, которые заплатят за это.
И сам по себе уловленный и адсорбированный углекислый газ является ресурсом, будь то промышленное использование или прямая продажа другим производителям, он может принести доход.
Хотя он и не очень большой, но со временем этот доход довольно значителен.
Это похоже на фотоэлектрическую энергию или традиционную ядерную энергетику: первоначальные инвестиции велики, но после завершения строительства время получения устойчивого дохода очень велико.
Кроме того, помимо промышленного применения, эта технология также очень подходит для крупных городов.
Из-за плотности населения и индустриализации содержание углекислого газа в крупных городах намного выше, чем в других регионах.
Если средняя концентрация углекислого газа в атмосфере Земли составляет 0,04%, то в крупных городах концентрация углекислого газа может достигать 0,07% (700 ppm) или даже выше.
А атмосфера с высоким содержанием углекислого газа неизбежно вызовет более серьезный парниковый эффект.
Летом, когда температура в сельской местности составляет тридцать градусов, в городе она может превышать тридцать пять градусов или даже выше.
Это неизбежно как в стране, так и за рубежом.
Если в городах будет развернута многопористая жидкостная система улавливания углекислого газа DAC, то при значительном снижении концентрации углекислого газа парниковый эффект, естественно, также может быть ослаблен.
Температура снизится, и город, естественно, станет более пригодным для жизни.
И помимо применения на Земле, что еще более важно, эта технология в планах Сюй Чуаня изначально не была разработана для Земли.
Это одна из технологий, разработанных для преобразования Марса.
Для такого рода технологий, направленных на межзвездную миграцию, какой бы высокой ни была стоимость, пока она не превышает стоимость доставки материалов с Земли, она приемлема.
Похоже, что работу в аэрокосмической области, направленную на исследование Марса, можно перенести на более ранний срок. Глядя на это устройство для улавливания углекислого газа с многопористой жидкостью DAC, Сюй Чуань немного подумал и спросил: "Насколько велико его влияние на окружающую территорию, вы это проверяли?"
Фань Пэнъюэ посмотрел на него, не совсем понимая: "Насколько велико влияние на окружающую территорию? Что ты имеешь в виду?"
Сюй Чуань подумал и перефразировал: "Проще говоря, после развертывания одного устройства для улавливания углекислого газа с многопористой жидкостью DAC, какую площадь оно может очистить?"
Услышав этот вопрос, Фань Пэнъюэ покачал головой и сказал: "Это пока не было подробно протестировано, ведь это всего лишь лабораторный продукт, и если мы хотим провести такое тестирование, нам, вероятно, придется переоборудовать один или несколько этажей здания."
"И скорость потока наружного воздуха также влияет на диапазон его очистки. Ведь это устройство полагается на контакт для адсорбции и улавливания углекислого газа из атмосферы."
Помолчав, он продолжил: "Эффективность очистки зависит от площади контакта."
"Судя по текущим экспериментальным данным, один квадратный метр ионообменной мембраны + изофорондиамина может обеспечить скорость очистки около 0,03 тонны в час, то есть около 100 кубических метров, и чем выше скорость проходящего воздуха, тем ниже способность адсорбции и улавливания углекислого газа."
Услышав этот ответ, Сюй Чуань нахмурился и спросил: "Скорость очистки воздуха 100 кубических метров в час - это быстро или медленно?"
Он действительно не очень разбирается в скорости очистки воздуха.
Но эта скорость очистки его не очень устраивает.
Слишком медленно.
Сто кубических метров на квадратный метр в час - для города эта скорость просто возмутительно медленная.
Не говоря уже о том, если в будущем это будет применено к Марсу для преобразования всей атмосферы Марса.
Если взять Землю в качестве примера, то общая масса атмосферы Земли составляет около шестидесяти квадриллионов тонн, и если просто рассчитать по толщине атмосферы и средней плотности газа, то получится около 468440060000 кубических километров.
Если рассчитать по этому числу...
Ладно, он даже не хочет считать, это займет целую вечность.
Даже если атмосфера Марса намного тоньше, чем у Земли, но преобразование планеты - это невообразимо огромный объем работ.
Перед лицом планетарного масштаба скорость очистки ста кубических метров воздуха на квадратный метр в час действительно слишком мала.
Рядом с ним Фань Пэнъюэ ответил: "Скорость очистки сто кубических метров на квадратный метр не считается быстрой, это примерно общий объем воздуха, который может очистить обычный очиститель воздуха за час."
"Однако для тех высокопроизводительных очистителей воздуха количество кубических метров воздуха, которое можно очистить за час, может быть в пять-десять раз больше."
"Конечно, ситуации разные, и их трудно сравнивать."
"В очистителях воздуха в основном используются твердые частицы или твердые очищающие материалы, которые могут проходить через воздух с большей скоростью."
"А изофорондиамин находится в жидком состоянии, и очень трудно заставить его проходить через воздух с большей скоростью."
Сюй Чуань кивнул и сказал: "Можно ли превратить изофорондиамин в твердое состояние, не влияя или незначительно снижая его способность адсорбировать и улавливать углекислый газ?"
"Скорость очистки сто кубических метров в час - это немного медленно."
Фань Пэнъюэ немного подумал и сказал: "Это довольно сложно, но институт может попробовать."
Сюй Чуань подумал и сказал: "Да, можно попробовать направление высокого давления и низкой температуры, я помню, что большинство аминов находятся в твердом состоянии в таких условиях."
"Также можно попробовать сочетать его с другими соединениями, не нужно слишком беспокоиться о снижении производительности, если это не резкое падение, то можно использовать более высокую скорость воздушного потока для получения более высокой скорости очистки."
"По моим требованиям, площадь в один квадратный метр должна достигать скорости адсорбции не менее 2000 кубических метров в час."
Услышав это, Фань Пэнъюэ скривил рот в горькой улыбке и сказал: "Возможно, придется искать новые материалы, изофорондиамин не обязательно сможет удовлетворить потребности."
Сюй Чуань улыбнулся и сказал: "Это не имеет значения, изофорондиамина достаточно для использования на Земле, и есть достаточно времени для оптимизации или разработки новых материалов."
"Не беспокойтесь о финансировании, а что касается персонала, сколько человек сейчас работает над этим проектом?"
Фань Пэнъюэ подумал и сказал: "Общая команда разработчиков технологии использования углекислого газа составляет сорок три человека, но есть несколько проектов, а команда разработчиков многопористой жидкостной системы улавливания углекислого газа DAC состоит всего из четырнадцати человек."
Сюй Чуань без колебаний сказал: "Увеличьте штат, общая команда расширится до ста пятидесяти человек, а команда разработчиков многопористой жидкостной системы улавливания углекислого газа DAC расширится как минимум до пятидесяти человек."
"Если в институте не хватает людей, то привлекайте извне, основной упор делайте на эффективное улавливание углекислого газа."
Сюй Чуань прекрасно понимал, что именно улавливание углекислого газа из воздуха является ядром этой технологии, и то, что основная технология занимает треть от общего числа команды разработчиков, - это не так уж и много.
Фань Пэнъюэ кивнул и сказал: "Хорошо, я записал, есть ли еще какие-нибудь распоряжения?"
Сюй Чуань подумал и сказал: "Пока нет, но сначала запустите это устройство, я посмотрю на конкретные результаты, и дайте мне копию полных экспериментальных данных, они мне нужны."
Старший брат Фань кивнул, крикнул в лабораторию, чтобы несколько исследователей, которые были заняты, приостановили свою работу и начали подготовку к тестированию многопористой жидкостной системы улавливания углекислого газа DAC.
Это был несложный процесс, лаборатория была оснащена полной системой вентиляции, которая могла быстро заменить воздух в помещении, который был очищен от углекислого газа из-за предыдущих экспериментов, на воздух снаружи.
И запуск многопористого жидкостного уловителя углекислого газа DAC не производил особого шума.
Однако для строгости эксперимента во время проведения эксперимента лаборатория будет находиться в герметичном состоянии, включая персонал лаборатории, и все оборудование, которое может производить углекислый газ, также будет отключено, чтобы избежать помех для эффекта улавливания и очистки углекислого газа.
Это не заняло много времени, всего за несколько минут это экспериментальное устройство для улавливания углекислого газа с многопористой жидкостью DAC полностью отфильтровало весь воздух внутри лаборатории.
После завершения работы по очистке и фильтрации оборудование мониторинга внутри лаборатории автоматически собрало образцы газа из нескольких точек и проанализировало их состав, и результаты были получены очень быстро.
Глядя на отчет в руке, Сюй Чуань удовлетворенно кивнул.
Судя по данным, полученным из образцов, концентрация углекислого газа в воздухе лаборатории после замены снизилась с 582,76 ppm до 6,17 ppm.
Такая эффективность улавливания углекислого газа, можно сказать, превосходит все устройства для адсорбции углекислого газа на рынке, и эффективность поразительно высока.