Как природа хранит углекислый газ: уроки вулкана на Шпицбергене

🤝 Ученые из Тринити-колледжа в Дублине и их итальянские коллеги из Института геонаук и земных ресурсов впервые получили развернутый ответ на вопрос, в каких условиях углекислый газ может превращаться в минералы внутри базальтовых пород. Для этого они исследовали вулкан Сверрефьеллет на Шпицбергене, где тысячи лет назад магматический CO₂ взаимодействовал с талой ледниковой водой, в результате чего внутри породы образовались карбонаты кальция, магния и железа. Именно это естественное хранилище углерода стало лабораторией под открытым небом для изучения того, как с помощью природы можно справляться с избытком углекислого газа.

👉 Ирландские исследователи собрали образцы базальтов из Сверрефьеллета и изучили их с помощью рентгеновской дифракции и электронной микроскопии. Анализы показали, что породы буквально пронизаны прожилками и цементом из карбонатов. Причем образование этих минералов шло по строгой последовательности. Сначала у поверхности базальта образовались богатые кальцием протодоломиты, затем, по мере истощения запасов кальция, в ход пошли магний и железо, формируя магнезит и сидерит. Этот последовательный переход от одного минерала к другому отражает изменение химического состава флюидов по мере их взаимодействия с породой.

👍 Исследователи смогли даже оценить скорости этого процесса. Они измерили толщину карбонатных слоев, которая варьировалась от 40 до 320 микрометров, и сопоставили ее с предполагаемой длительностью циркуляции горячих гидротермальных вод в породах – от нескольких десятков до сотен лет. Расчеты показали, что средние скорости роста кристаллов составляли от 10⁻¹⁴ до 10⁻¹¹ метра в секунду. Чтобы проверить достоверность этих оценок, данные сравнили с лабораторными экспериментами по осаждению магнезита при разных температурах. Совпадение оказалось поразительным: при 100 °C скорость образования минерала возрастала в миллионы раз по сравнению с поверхностными условиями. Выяснилось, что на формирование миллиметрового слоя магнезита при комнатной температуре ушли бы сотни тысяч лет, тогда как в гидротермальной системе Сверрефьеллета этот процесс занимал лишь десятилетия. Это объясняет, почему инженерные проекты, работающие при температурах 25–50 °C, не позволяют добиться образования устойчивых магниевых карбонатов.

🤔 Исследование также показало принципиальные различия в устойчивости минералов. Кальциевые карбонаты оказались наименее надежны: они могут растворяться при изменении кислотности или при поступлении новых порций воды, обедненных кальцием. Совсем иначе ведут себя магнезит и доломит – они практически нерастворимы и способны сохраняться в породах миллионы лет. Именно эти минералы являются ключевыми для долговременной фиксации углекислого газа в недрах. Железистые карбонаты, напротив, оказались нестабильными: при окислении они разрушаются, высвобождая железо и оставляя за собой пустоты. Однако эта особенность имеет и положительный эффект – возникающая вторичная пористость обеспечивает доступ свежих растворов и поддерживает дальнейшее связывание CO₂.

✊ Тем самым исследование ирландских и итальянских геологов впервые показало, что магнезит и доломит, самые ценные минералы для климатической стратегии, образуются естественным образом именно в условиях умеренно горячих гидротермальных систем, при 60-220 °C и в растворах с легкой кислотностью (pH 5-6). Этот результат дает инженерам прямую подсказку: для того, чтобы хранение углекислого газа было эффективным и долговечным, необходимо ориентироваться на геотермально активные зоны либо искусственно воссоздавать аналогичные параметры при закачке CO₂ в недра.

📰 Материал доступен на сайте «Глобальной энергии»

Динамика энергоспроса в США

🇺🇸 Управления энергетической информации США полагает, что потребность в электричестве в Штатах возрастёт с 3900 миллиардов кВт·ч в 2024 году до 5800 кВт·ч в 2050-м. Причём промышленность продолжит оставаться не самым энергоёмким сектором экономики.

👉 Источник

Минутка ликбеза

👉 Современные квантовые компьютеры строятся в основном на сверхпроводящих кубитах. Эти элементы демонстрируют высокую скорость работы и позволяют выполнять сложные операции, недоступные классическим системам. Однако у них есть серьезное ограничение — они плохо удерживают квантовые состояния. Информация быстро «распадается», что мешает использовать такие компьютеры в практических задачах. Именно поэтому исследователи по всему миру ищут надежные варианты «квантовой памяти».

👍 Команда Калифорнийского технологического института предложила необычное решение этой проблемы: преобразовывать электрическую форму квантовой информации в акустическую, то есть в звук.

Графен открывает новое квантовое состояние материи

🤝 Ученые из Индийского института наук совместно с коллегами из Национального института материаловедения Японии разработали сверхчистые образцы графена и впервые зафиксировали в них редкое квантовое состояние – жидкость Дирака. Это открытие меняет представление о поведении электронов в необычных условиях и открывает путь к созданию принципиально новых квантовых технологий.

👉 Проведенные измерения показали неожиданную картину: чем выше становилась электропроводность графена, тем ниже оказывалась его теплопроводность, и наоборот. Это полностью противоречило закону Видемана-Франца, который в обычных металлах связывает оба вида проводимости и утверждает, что они должны изменяться согласованно. В случае графена отклонение от этого закона достигло рекордной величины – более чем в 200 раз.

🤔 Анализ показал, что перенос тепла и заряда в графене происходит разными путями, хотя оба процесса подчиняются единым квантовым законам и зависят от фундаментальной константы – кванта проводимости. Наиболее ярко эффект проявился в так называемой «точке Дирака» – особом состоянии, в котором графен перестает быть и металлом, и изолятором. Именно здесь электроны начинают вести себя не как отдельные частицы, а как единая квантовая жидкость с крайне низкой вязкостью. Эта дираковская жидкость течет в сотни раз легче воды и по своим свойствам напоминает кварк-глюонную плазму – экзотическое состояние материи, которое ранее удавалось получить лишь на мощных ускорителях частиц.

💪 Значение открытия трудно переоценить. Для фундаментальной науки графен превращается в удобную настольную лабораторию, где можно изучать явления, связанные с физикой высоких энергий. Есть перспектива и для прикладных областей: дираковская жидкость может лечь в основу квантовых сенсоров нового поколения, способных улавливать сверхслабые электрические и магнитные сигналы. Такие устройства могут найти применение в медицине, где требуется фиксировать малейшие биоэлектрические импульсы, в телекоммуникациях для передачи информации с высокой точностью, а также в вычислительной технике, где все большее значение приобретают квантовые технологии.

📰 Материал доступен на сайте «Глобальной энергии»

Минутка ликбеза

👉 Сегодня в мире ежегодно производится около 52,6 млн тонн водорода, и почти весь объем (96%) приходится на переработку ископаемого топлива — природного газа, нефти или угля. Это приводит к значительным выбросам CO₂ — от 11 до 20 кг на каждый килограмм H₂. Большая часть водорода используется в химической промышленности и при производстве удобрений, однако для перехода низкоуглеродной экономике необходимы новые технологии, позволяющие получать его в промышленных масштабах без углеродного следа.

🤔 Существует несколько методов производства водорода. Самый простой — щелочной электролиз, при котором вода под действием электрического тока разлагается на кислород и водород. Технология хорошо освоена, но требует много энергии и не очень эффективна. Более перспективным считается высокотемпературный паровой электролиз: часть энергии подводится в виде тепла, что позволяет сократить расход электричества почти на треть и повысить общий КПД. Еще один вариант — термохимический серно-йодный цикл, при котором вода разлагается на элементы в цепочке реакций при очень высоких температурах. Этот метод потенциально эффективен, но требует сложного оборудования и работы с агрессивными реагентами.

👍 Исследователи из Университета Пизы изучили возможность применения атомных электростанций для производства водорода.

Россия и США создали спутниковую систему учета сжигания попутного газа

🤝 Ученые из Института космических исследований РАН и Института государственной политики Пейна при Колорадской горной школе разработали новую методику оценки объемов сжигаемого на факелах попутного нефтяного газа с помощью спутниковых данных. Эта система позволяет гораздо точнее измерять масштабы выбросов, открывая возможности для более точного климатического мониторинга и контроля выполнения международных обязательств по отказу от рутинного сжигания.

🔥 Чтобы решить проблему сжигания попутных газов, исследователи провели уникальный эксперимент. На испытательном полигоне компании John Zink в Оклахоме они выполнили 36 контролируемых поджогов газа. Они точно регулировали расход топлива (от малого до очень большого), конфигурацию установок (одиночный факел и два факела на расстоянии 100 метров) и фиксировали все с помощью наземных радиометров, спектрометров и камер. Ключевым элементом эксперимента стало то, что поджоги синхронизировали с пролетом спутника Suomi NPP, оснащенного прибором VIIRS, который способен регистрировать тепловое излучение факелов в инфракрасном диапазоне даже ночью.

👉 Анализ показал, что использование прежнего коэффициента больше не требуется. Новая калибровка, построенная на прямых измерениях, выявила простую линейную зависимость между расходом газа, измеренным на земле, и тепловым излучением, регистрируемым в воздухе спутником. Выяснилось также, что сигналы от нескольких близко расположенных факелов складываются в одном пикселе, что позволяет корректно определять их общий объем. Существенным шагом вперед стала атмосферная коррекция: учет влияния влажности и облачности, особенно характерных для тропиков, позволил устранить искажения и повысить точность оценок в таких регионах, как Венесуэла, Индонезия и Нигерия.

💪 В целом новая методика оказалась в 70 раз точнее калибровки Cedigaz. Ученые также определили минимальный уровень, при котором спутник уверенно фиксирует факелы – 0,008 млн стандартных кубометров газа в день. Для еще более слабых источников в перспективе планируется задействовать сверхчувствительный канал VIIRS, изначально предназначенный для наблюдения за ночным городским освещением.

📰 Материал доступен на сайте «Глобальной энергии»

Кто покупал американский уголь в 2024 году

💰 Соединённые Штаты снижают потребление этого полезного ископаемого, однако активно отправляют его на экспорт. Ведущие покупатели американского угля находятся в Азии: это Индия, Китай, Япония. Также он поставляется в Бразилию, Нидерланды, Марокко и проч.

👉 Источник

Минутка ликбеза

🌍 Для Африки проблема стабильного доступа к электричеству остается одной из самых острых: более половины населения к югу от Сахары до сих пор не имеют надежного энергоснабжения. Особенно критична эта ситуация для медицинских центров, где от электричества зависит работа холодильников для вакцин, стерилизаторов, лабораторного оборудования и систем освещения. Перебои напрямую отражаются на качестве услуг и, вероятно, росте смертности. При этом около 30% бюджета клиник уходит на топливо для генераторов, не считая расходов на ремонт и регулярное обслуживание. В итоге меньше средств остается на лекарства, расходные материалы и оплату труда персонала. К этому добавляется зависимость от транспортировки топлива и ежегодные выбросы — свыше 24 тонн CO₂ только с одной клиники.

👍 Чтобы решить проблему, исследователи предложили заменить дизельные генераторы комбинацией возобновляемых источников. Основным генератором служит солнечная батарея мощностью 16 киловатт. Ее дополняют три типа накопителей: литий-ионные аккумуляторы на 10 кВт, которые сглаживают суточные колебания; суперконденсаторы, моментально реагирующие на скачки нагрузки; и водородные топливные элементы, выступающие в роли долговременного резерва. Избыточная энергия днем направляется на электролиз воды, водород хранится в специальном баке и используется для выработки электричества в случае продолжительной облачной погоды.