Проблема парникового эффекта Углекислому газу экологи отводят роль главного фактора в парниковом эффекте. За последние 200 лет содержание углекислого газа в атмосфере увеличилось, по разным оценкам, от 30% до 50%. Несмотря на то, что половина выбросов СО2, обусловленных деятельностью человека (главным образом, при сжигании угля, нефти и природного газа), поглощается океанами и земной растительностью, уровень его концентрации в атмосфере продолжает подниматься более, чем на 10% каждые 20 лет. При таком увеличении содержания углекислого газа следует рассчитывать на глобальное повышение температуры планеты, которое приведёт к катастрофическим изменениям климата – таянию полярных льдов и повышению уровня мирового океана, опустыниванию тропиков. Сознавая реальность угрозы глобального экологического бедствия, в 1992 г. была принята Конвенция ООН по климату, в рамках которой 166 стран, включая Россию, обязались принять меры по уменьшению губительного влияния человечества на природу. В 1997 г. в Киото был принят знаменитый протокол к этой конвенции, подписанный 30 странами, включая Россию: в 2008-2012 гг. страны должны сократить выбросы парниковых газов, по крайней мере, на 5% по сравнению с уровнем 1990 г., и наладить систему учёта и контроля выбросов. Каждая страна, подписавшая Киотский протокол, обязуется выбрасывать в атмосферу строго определенное количество газов. Если страна превышает выделенную ей квоту, она может купить право на дополнительные выбросы у других стран. Предполагается, что торговля квотами на выброс парниковых газов создаст новый мировой рынок, оборот которого, по предварительным расчетам, к 2012 г. может составить от 10 до 100 млрд. долларов США. Участвовать в торговле могут как государственные структуры, так и отдельные предприятия. В апреле 2002 г. была проведена первая симуляция торговли правами на выбросы парниковых газов с участием Российского правительства и РАО «ЕЭС России» в рамках совместного проекта стран Балтийского региона. «Углеродный ресурс» составил порядка 420 млн. тонн, в симуляционной торговле было продано около 380 млн. тонн СО2 по средней цене 17,3 € за тонну. Несмотря на спорность многих положений о роли антропогенного углекислого газа во всемирном потеплении, с середины 1990-х годов в Европе все выбросы в атмосферу углекислого газа стали облагать обременительным «налогом на изменение климата». В последние годы повсеместно вырос интерес к путям полезного использования СО2 в хозяйственной деятельности, поскольку многие из которых являются эффективными технологиям утилизации этого парникового газа (см. раздел «Способы использования»). Способы использования В настоящее время диоксид углерода во всех своих состояниях широко используется в во всех отраслях промышленности и агропромышленного комплекса. В газообразном состоянии (углекислый газ,
углекислота высокого давления) В пищевой промышленности 1. Для создания инертной бактериостатичной и фунгистатичной атмосферы (при концентрации свыше 20%): · при переработке растительных и животных продуктов; · при упаковке пищевых продуктов и медицинских препаратов для значительного увеличения срока их хранения; · при разливе пива, вина и соков как вытесняющий газ. 2. Для насыщения безалкогольных напитков и минеральных вод (сатурация), расход до 19 кг на 1 000 л напитка. 3. В пивоварении и производстве шипучих вин (карбонизация). 4. При изготовлении газированных молочных напитков («игристые продукты»). 5. В производстве сахара (дефекация – сатурация). 6. Для длительной консервации фруктовых и овощных соков с сохранением запаха и вкуса свежевыжатого продукта путём насыщения СО2 и хранения под высоким давлением. 7. Для интенсификации процессов осаждения и удаления солей винной кислоты из вин и соков (детартация). 8. Для приготовления питьевой опреснённой воды фильтрационным методом. Для насыщения бессолевой питьевой воды ионами кальция и магния. В производстве, хранении и переработке с.-х продукции 9. Для увеличения срока хранения пищевых продуктов, срезанных цветов, овощей и фруктов в регулируемой атмосфере (в 2-5 раз). 10. Для обработки плодов и ягод перед закладкой на хранение, что препятствует развитию грибковых и бактериальных гнилей. 11. Для насыщения под высоким давлением нарезанных или целиковых овощей, что усиливает вкусовые оттенки («игристые продукты») и несколько улучшает их сохраняемость. 12. Для улучшения роста и повышения урожайности растений в защищённом грунте. (Этот способ применения подробно описан в разделе «Подкормка углекислым газом растений в защищённом грунте».) 13. Для повышения качества силоса. При силосовании сочных кормов искусственное введение в растительную массу СО2 предотвращает проникновение кислорода из воздуха, что способствует образованию высококачественного продукта, с благоприятным соотношением органических кислот повышенным содержанием каротина и переваримого протеина. 14. Для безопасной дезинсекции продовольственных и непродовольственных продуктов. Атмосфера, содержащая более 60% углекислого газа в течении 1-10 дней (в зависимости от температуры) уничтожает не только взрослых насекомых, но их личинки и яйца. Настоящая технология применима к продуктам с содержанием связанной воды до 20%, как то зерно, рис, грибы, сухофрукты, орехи и какао, комбикорма и многое другое. 15. Для тотального уничтожения мышевидных грызунов путём кратковременного заполнения газом нор, хранилищ, камер (достаточная концентрация 30% углекислого газа). 16. Для анаэробной пастеризации кормов для животных, в смеси с водяным паром при температуре, не превышающей 83 ºС – как замена гранулированию и экструдированию, не требующая больших энергетических затрат. 17. Для усыпления птицы и некрупных животных (свиньи, телята, овцы) перед забоем. Для анестезии рыбы при перевозке. 18. Для наркотизации пчелиных и шмелиных маток в целях ускорения начала яйцекладки. 19. Для насыщения питьевой воды для кур, что значительно снижает отрицательное воздействие повышенных летних температур на птицу, способствует утолщению скорлупы яиц и укреплению костяка. 20. Для насыщения рабочих растворов фунгицидов и гербицидов для лучшего действия препаратов. Этот способ позволяет уменьшить расход раствора на 20-30%. В медицине 21. В медицине: а) в смеси с кислородом как стимулятор дыхания (в концентрации 5%); б) для сухих газированных ванн (в концентрации 15-30%) в целях снижения артериального давления и улучшения кровотока. В химической и бумажной промышленности 22. Для производства соды, карбоната и бикарбоната аммония, свинцовых белил, мочевины, оксикарбоновых кислот. Для каталитического синтеза метанола и формальдегида. 23. Для нейтрализации щелочных сточных вод. Благодаря эффекту самобуферизации раствора, точное регулирование pH позволяет избежать коррозии оборудования и сточных труб, нет образования ядовитых побочных продуктов. 24. В производстве бумаги для обработки пульпы после щелочного беления (повышает на 15% эффективности процесса). 25. Для увеличения выхода и улучшения физико-механических свойств и белимости целлюлозы при кислородно-содовой варке древесины. 26. Для очистки теплообменников от накипи и предотвращения её образования (комбинация гидродинамического и химического способов). В строительной и прочих отраслях промышленности 27. Для быстрого химического отвердения пресс-форм для стального и чугунного литья. 28. Как вспенивающий газ при производстве пористых пластиков. 29. Для упрочнения огнеупорного кирпича. 30. В качестве защитной среды в смесях с инертными и благородными газами при автоматизированной сварке и резке металла, благодаря которой получаются швы очень высокого качества. 31. В системах пожаротушения, для заполнения огнетушителей. 32. Как газ-распылитель в аэрозольных баллончиках. 33. Для заполнения спортивного инвентаря (мячей, шаров и т.п.). 34. В качестве активной среды в медицинских и промышленных лазерах. 35. Для точной калибровки приборов. В добывающей промышленности 36. Для разупрочнения углепородного массива при добыче каменного угля в удароопасных пластах. 37. Для эффективного повышения нефтеотдачи пластов. В жидком состоянии (низкотемпературная углекислота) В пищевой промышленности 1. Для быстрого замораживания, до температуры -18 ºС и ниже, пищевых продуктов в контактных скороморозильных аппаратах. Наряду с жидким азотом жидкий диоксид углерода наиболее подходит для прямого контактного замораживания различных видов продуктов. Как контактный хладагент, он привлекателен дешевизной, химической пассивностью и термической стабильностью, не коррозирует металлических узлов, не горюч, не опасен для персонала. На движущийся на ленте транспортёра продукта из сопел подаётся определёнными порциями жидкая углекислота, которая при атмосферном давлении мгновенно превращается в смесь сухого снега и холодного углекислого газа, при этом вентиляторы постоянно перемешивают газовую смесь внутри аппарата, которая в принципе способна охладить продукт от +20 ºС до -78,5 ºС за несколько минут. Использование контактных скороморозильных аппаратов имеет ряд принципиальных преимуществ по сравнению с традиционной технологией заморозки: · время заморозки сокращается до 5-30 минут; · быстро прекращается ферментативная активность в продукте; · хорошо сохраняется структура тканей и клетки продукта, поскольку кристаллы льда формируются значительно меньших размеров и практически одновременно в клетках и в межклеточном пространстве тканей; · при медленной заморозке в продукте появляются следы жизнедеятельности бактерий, в то время как при шоковой заморозке они просто не успевают развиться; · потери массы продукта в результате усушки составляют всего 0,3-1% (против 3-6%); · легко улетучивающиеся ценные ароматические вещества сохранятся в значительно больших количествах. По сравнению с замораживанием жидким азотом, при замораживании диоксидом углерода: · не наблюдается растрескивание продукта из-за слишком большого перепада температуры между поверхностью и сердцевиной замораживаемого продукта · в процессе замораживания СО2 проникает в продукт и во время размораживания защищает его от окисления и развития микроорганизмов. Плоды и овощи, подвергнутые быстрой заморозке и фасовке на месте, наиболее полно сохраняют вкусовые достоинства и питательную ценность, все витамины и биологически активные вещества, что дает возможность широко применять их для производства продуктов для детского и диетического питания. Немаловажно, что для приготовления дорогостоящих замороженных смесей может быть успешно использована нестандартная плодоовощная продукция. Скороморозильные аппараты на жидкой углекислоте компактны, просты по устройству и недороги в эксплуатации (при наличии рядом источника дешёвой жидкой углекислоты). Аппараты существуют в мобильном и стационарном варианте, спирального, тоннельного и шкафного типа, чем представляют интерес для сельскохозяйственных производителей и переработчиков продукции. Особенно они удобны, когда производство требует замораживания различных пищевых продуктов и сырья при различных температурных режимах (-10…-70 ºС). Быстрозамороженные продукты можно подвергнуть сушке в условиях глубокого вакуума – сублимационной сушке. Продукты, высушенные этим способом, отличаются высоким качеством: сохраняют все питательные вещества, обладают повышенной восстанавливающей способностью, имеют незначительную усадку и пористое строение, сохраняют естественный цвет. Сублимированные продукты в 10 раз легче исходных за счет удаления из них воды, они очень долго сохраняются в герметичных пакетах (особенно при заполнении пакетов углекислым газом) и могут дёшево доставляться в самые отдаленные районы. 2. Для быстрого охлаждения свежих пищевых продуктов в упакованном и неупакованном виде до +2…+6 ºС. При помощи установок, работа которых похожа на работу скороморозильных аппаратов: при инжекции жидкой углекислоты образуется мельчайший сухой снег, которым продукт обрабатывается определённое время. Сухой снег – эффективное средство быстрого снижения температуры, не приводящее к высыханию продукта, как воздушное охлаждение, и не повышающее его влагосодержание, как это происходит при охлаждении водяным льдом. Охлаждение сухим снегом обеспечивает необходимое снижение температуры всего за несколько минут, а не часов, как при обычном охлаждении. Сохраняется и даже улучшается естественный цвет продукта вследствие небольшой диффузии СО2 внутрь. Одновременно значительно увеличивается срок хранения продуктов, так как СО2 подавляет развитие как аэробных, так анаэробных бактерий и плесневых грибов. Охлаждению удобно и выгодно подвергать мясо птицы (разделанное или в тушках), порционное мясо, колбасы и полуфабрикаты. Установки также применяются там, где по технологии требуется быстро охладить продукт во время или перед формовкой, прессованием, экструдированием, измельчением или нарезанием. Аппараты подобного типа также очень удобны для применения на птицефабриках поточного сверхбыстрого охлаждения с 42,7 ºС до 4,4-7,2 ºС свежеснесённых куриных яиц. 3. Для снятия кожицы с ягод методом подморозки. 4. Для криоконсервации спермы и эмбрионов крупного рогатого скота и свиней. В холодильной промышленности 5. Для использования в качестве альтернативного хладагента в холодильных установках. Диоксид углерода может служить эффективным хладагентом, поскольку имеет низкую критическую температуру (31,1 ºС), сравнительно высокую температуру тройной точки (-56 ºС), большое давление в тройной точке (0,5 мПа) и высокое критическое давление (7,39 мПа). Как хладагент обладает следующими преимуществами: · очень низкая цена по сравнению с другими хладагентами; · нетоксичен, не горюч и не взрывоопасен; · совместим со всеми электроизоляционными и конструкционными материалами; · не разрушает озоновый слой; · вносит умеренный вклад в увеличение парникового эффекта по сравнению с современными галоидопроизводными хладагентами. Высокое критическое давление имеет положительный аспект, связанный с низкой степенью сжатия, вследствие чего эффективность компрессора становится значительной, что позволяет применять компактные и мало затратные конструктивные решения для холодильных установок. Вместе с этим требуется дополнительное охлаждение электромотора конденсатора, увеличивается металлоёмкость холодильной установки из-за увеличения толщины труб и стенок. Перспективно применения СО2 в низкотемпературных двухкаскадных установках промышленного и полупромышленного применения, и особенно в системах кондиционирования воздуха автомобилей и поездов. 6. Для высокопроизводительного измельчения в замороженном виде мягких, термопластичных и упругих продуктов и веществ. В криогенных мельницах быстро и с малым расходом электроэнергии подвергаются размолу в замороженном виде те продукты и вещества, которые не удаётся измельчить в обычном виде, например желатин, каучук и резина, любые полимеры, шины. Холодный размол в сухой инертной атмосфере необходим для всех пряностей и специй, какао-бобов и кофейных зёрен. 7. Для испытания технических систем при низких температурах. В металлургии 8. Для охлаждения труднообрабатываемых сплавов при обработке на токарных станках. 9. Для образования защитной среды для подавления дыма в процессах выплавки или разлива меди, никеля, цинка и свинца. В добывающей промышленности 10. Как слабобризантное взрывчатое вещество при добыче каменного угля, не приводящее при взрыве к воспламенению метана и угольной пыли, и не дающее ядовитых газов.
|
