Группа исследователей из инженерной школы Университета Калифорнии в Витерби стремится разделить CO2 и преобразовать этот парниковый газ в полезные материалы, такие как топливо или потребительские товары, от фармацевтических препаратов до полимеров. Результаты исследования публикует Journal of Physical Chemistry A.
Обычно этот процесс разделения CO2 требует огромных затрат энергии. Однако в первом вычислительном исследовании такого рода Шаама Шарада, доцент WISE Gabilan и ее команда решили использовать Солнце как помощника в этом процессе.
В частности, они продемонстрировали, что ультрафиолетовый свет может быть очень эффективным для возбуждения органической молекулы олигофенилена. Под воздействием УФ-излучения олигофенилен становится отрицательно заряженным анионом, легко переносящим электроны на ближайшую молекулу, такую как CO2. Таким образом углекислый газ становится способным восстанавливаться и превращаться в составную часть пластмасс, лекарств или даже мебели.
Быстро растущая концентрация углекислого газа в атмосфере Земли — одна из самых неотложных проблем, которые человечество должно решить, чтобы избежать климатической катастрофы.
С начала индустриальной эры люди увеличили выбросы CO2 в атмосфере на 45% за счет сжигания ископаемого топлива и других выбросов. В результате средние глобальные температуры сейчас на два градуса Цельсия выше, чем в доиндустриальную эпоху. Благодаря парниковым газам, таким как CO2, солнечное тепло остается в атмосфере, нагревая нашу планету.
Многие исследовательские группы изучают методы преобразования CO2, улавливаемого выбросами, в топливо или углеродное сырье для потребительских товаров, от фармацевтических препаратов до полимеров.
В этом процессе традиционно используется тепло или электричество вместе с катализатором для ускорения превращения CO2 в продукты. Однако многие из этих методов часто являются энергоемкими, что не идеально для процесса, направленного на снижение воздействия на окружающую среду. Использование солнечного света для возбуждения молекулы катализатора в свою очередь энергоэффективно.
«Большинство других способов сделать это включают использование химических веществ на основе металлов, и эти металлы являются редкоземельными металлами», — сказала Шарада. «Они могут быть дорогими, их трудно найти, и они потенциально могут быть токсичными».
Эта работа была первым вычислительным исследованием подобного рода, поскольку ученые ранее не изучали основной механизм перемещения электрона от органической молекулы, такой как олигофенилен, к CO2. Команда обнаружила, что они могут проводить систематические модификации олигофениленового катализатора, добавляя группы атомов, которые придают определенные свойства при связывании с молекулами, которые имеют тенденцию подталкивать электроны к центру катализатора, чтобы ускорить реакцию.
Сейчас команда изучает стратегии дизайна катализаторов, которые не только приводят к высокой скорости реакции, но также позволяют возбуждать молекулу видимым светом, используя как квантовую химию, так и генетические алгоритмы.
«Многоразовые» пластмассы оказались вреднее «одноразовых»
Когда мы говорим о пластиковом загрязнении, чаще всего в голове всплывают картинки с одноразовыми пакетиками, трубочками и стаканчиками из-под кофе. Местные власти также фокусируются в основном на сокращении объема одноразовых упаковочных изделий, создавая специальные станции по переработке ежедневных отходов. Однако ученые говорят, что одноразовый пластик не самая большая проблема.
Новое исследование Мичиганского университета показало, что две трети пластика, который был введен в производство в 2017 году в США, было использовано для электроники, мебели и предметов домашнего обихода, строительных конструкций, автомобилей и других потребительских товаров.
Авторы исследования говорят, что это первая работа, которая характеризует использование пластика в масштабах целой страны, а именно США. В ходе работы ученые изучали разные аспекты «жизни» пластика, и заметили, что уровень переработки пластмасс в США намного ниже, чем было заявлено ранее, а все потому, что многие исследования просто не включали данные о «многоразовом» пластике.
Предыдущие оценки были сосредоточены на твердых пластиковых отходах (упаковка и контейнеры) на муниципальных свалках. Новое исследование включает пластиковые отходы от строительных работ и автомобильных измельчителей. Когда ученые добавили в исследование эти источники отходов, они увидели, что около 76% пластмасс в 2017 году были просто захоронены на свалках.
Исследование также показало, что:
- 2% пластмасс с истекшим сроком службы оказались в природной среде в 2017 году. «Утечка» пластика в окружающую среду в настоящее время вызывает серьезную озабоченность в связи с ее потенциальным воздействием на организмы и экосистемы.
- Количество пластика, используемого в США в 2017 году, составило практически 400 тонн.
- Хотя по предыдущим оценкам считается, что 8% пластика было переработано в 2017 году, ученые уверены, что на самом деле эта цифра ниже.
Переработка пластика невероятно важна не только из-за того, что он может губительно сказываться на окружающей среде. Огромная проблема для экологии — это производство новых материалов. Сейчас подавляющее большинство пластмасс получают из ископаемого топлива. Производство пластика в настоящее время составляет около 8% от мирового годового потребления нефти и газа. Выбросы от производства пластика в 2015 году соответствуют 3,8% глобальных выбросов парниковых газов.
Нагрев асфальта привел к загрязнению воздуха
Новое исследование показало, что асфальт может выделять загрязняющие воздух вещества. Особенно сильно их концентрация повышается в жаркие и солнечные дни.
Десятилетия исследований и законодательных изменений в области регулирования выбросов автомобилей и заводов позволили улучшить качество городского воздуха. Но недавние работы показывают, что по мере уменьшения концентрации загрязнителей, связанных со сгоранием ископаемого топлива, все большую роль в загрязнении воздуха начинают играть выделения органических веществ из других источников. Из-за этого формируются вторичные органические аэрозоли, которые переносят в городской среде PM2.5 — частицы диаметром менее 2,5 микрометров. Вдыхание этих частиц со временем вызывает заболевания легких.
Авторы нового исследования обнаружили, что асфальтовые материалы, используемые для покрытия дорог и крыш, содержат сложные смеси органических соединений. При нагревании асфальта эти соединения попадают в воздух и могут наносить вред здоровью людей.
В ходе работы ученые собирали свежий асфальт разного состава и нагревали его до различных температур. Затем авторы использовали метод масс-спектрометрии высокого разрешения для измерения состава выделяемой асфальтом смеси веществ. Оказалось, что примерно треть от смеси составляют ароматические вещества — класс соединений, значительная часть которых обладает канцерогенным действием на человека. Оказалось также, что примерно 85% выделяемых соединений являются полулетучими органическими веществами, которые являются причиной образования вторичных органических аэрозолей.
Ученые наблюдали динамику выделения газов и обнаружили, что при средних температурах лета в США свежий асфальт поначалу производит значительное количество летучих соединений, однако через некоторое время это количество уменьшается и становится постоянным. Это значит, что в реальности даже старое дорожное покрытие может быть источником загрязнителей при достаточно жаркой погоде.
Ученые количественно измерили влияние авиации на климат
Любая деятельность человека влияет на климат планеты. Ученые часто говорят о пагубном воздействие транспорта на экологию и о том, что человечеству необходимо переосмыслить топливо и сами способы перемещения. Новое международное исследование рассказывает о влиянии на климат самой глобальной транспортной отрасли — авиации.
Согласно новой работе сектор авиации составляет 3,5% от всех видов человеческой деятельности, приводящих к изменению климата. Эти данные были получены в результате расчетов за период с 2000 по 2018 год. Полученные результаты указали, что две трети воздействия авиации приходится на выбросы таких парниковых газов, как метан, закись азота и фторированные газы, а еще одна треть связана с выбросами CO2.
В ходе своей работы исследователи оценили все факторы, влияющие на изменение климата в авиационной промышленности, включая выбросы углекислого газа (CO2) и оксида азота (NOx), а также влияние конденсационных следов и перистых облаков, создаваемых самолетами на большой высоте. Также были проанализированы выхлопные газы от авиационных двигателей.
Таким образом авторы работы смогли представить уникальное исследование, которое является первым и полным набором данных о влиянии авиации на климат. Это стало возможно благодаря новой метрике, которая называется «Эффективное радиационное воздействие» (ERF).
Используя ERF, команда обнаружила, что влияние конденсационных следов и перистых облаков на климат составляет менее половины от ранее оцененного, однако эти факторы все равно вносят самый большой вклад в глобальное потепление, так как они отражают и улавливают выходящее тепло из атмосферы. Выбросы углекислого газа заняли второе место, однако авторы отмечают, что в отличие от эффекта конденсационных следов, влияние CO2 на климат длится в течение многих столетий.
Примерно половина всех выбросов CO2 была произведена человеком за последние 20 лет. В значительной степени это объясняется увеличением числа рейсов, количества маршрутов и размеров парка воздушных судов, особенно в Азии.
Молодые могут не замечать экологических проблем
Молодым людям сложно понимать актуальные экологические проблемы. Английские ученые связывают это с синдромом смещения базовой линии.
Они считают, что знания о природе теряются от поколения к поколению и люди этого даже не замечают — происходит «поколенческая амнезия». Каждое новое поколение воспринимает условия окружающей среды как нормальные, что приводит к недооценке текущих изменений
В исследовании были использованы данные около 900 онлайн-анкет по экологическим знаниям. Ученые пытались выяснить общественное мнение по поводу долгосрочных биологических изменений, оказывающих влияние на популяции 10 видов птиц в Великобритании.
На основе полученных результатов, исследователи пришли к выводу, что многие из опрошенных демонстрировали синдромом смещения базовой линии. То есть люди основываются на своем собственном опыте и игнорируют, например, историческую информацию. И, таким образом, молодые люди воспринимают окружающую природу как нормальную и могут не обращать внимание на существующие проблемы. По словам ведущего автора исследования Лиззи Джонс, необходимо более тесное общение между поколениями по вопросам окружающей среды и ее охраны.
Проблема забвения прошлого, когда природа была более богатой и разнообразной и того, что новые поколения просто не знают об этом, известна как синдром смещения базовой линии. Эту идею выдвинул в 1995 году Дэниел Поли из Университета Британской Колумбии.
Поколение Z может спасти Землю от климатической катастрофы
Несмотря на все доклады ученых, статистические данные и прямые доказательства, многие люди до сих пор не верят в глобальное потепление. Возможно, если бы каждый человек на планете испугался необратимости климатических изменений, человечество могло бы быстрее справиться с этой проблемой. Как показывает последнее исследование, шансы на спасение планеты, возможно, есть у более молодого поколения, ведь они верят в «глобальную катастрофу».
Большинство представителей поколения Z — люди, родившиеся после 1994 года ± 2 года, — считают, что прогрессирование изменения климата неизбежно.
Опрос, проведенный компанией Morning Consult, показал, что 49% зумеров считают, что человечество способно замедлить, но не остановить, изменение климата, в то время, как 26% считают, что мы сможем предотвратить этот прогресс. Еще 8% считают, что изменение климата находится вне нашего контроля. Как прокомментировал один из участников опроса: «мир постепенно погружается в хаос».
Однако есть и те, кто, как и старшее поколение, отрицает изменение климата. Небольшой процент респондентов считает, что изменение климата это мистификация. Они утверждают, что это природное явление, на которое человечество имеет мало влияния.
Авторы исследования считают, что это вполне очевидно, что поколение Z негативно относится к изменению климата, ведь многие признаки глобального потепления проявляются уже сейчас, а значит в их будущей жизни ситуация будет становиться лишь хуже.
Исследователи говорят, что такие настроения — это хорошо, ведь, похоже, что зумеры заинтересованы в попытке изменить ситуацию. Опрос также измерил их интерес к работе в различных отраслях промышленности и обнаружил, что работа на станциях с солнечными панелями, с ветрогенераторами и в гидроэнергетике особенно привлекательна. Многие заявили, что сектор ископаемого топлива их совсем не интересует.
