Поглощение углекислого газа (СО) и других парниковых газов из атмосферы с помощью дорог Российский патент 2023 года по МПК B01D53/02 E01C7/35 E01C15/00 B01J20/04 

Современное требование к поглощению СО2 из атмосферы составляют 10 гигатонн в год СО2 к 2050году. Именно эта цифра позволить остановить процесс увеличения среднегодовой температуры на планете. Такой главный вывод следует из Шестого доклада Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК) ООН.

Поглощение углекислого газа (СО2) и других парниковых газов из атмосферы в гигатонном масштабе предлагается осуществить с помощью дорог.

Под дорогой понимается любой вид дорожного покрытия, в том числе автомобильное полотно, железнодорожное полотно, взлетно-посадочные полосы и площадки для воздушных и космических аппаратов, велосипедные и пешеходные дорожки

Дороги, как объект, выбраны по следующим причинам:

1. Дороги являются искусственными сооружениями человечества, обладающими наибольшей площадью поверхности.

2. Дороги располагаются в местах наибольшего выброса СО2 и других парниковых газов, производимых человечеством.

2.1 Дороги располагаются в местах наибольшего выброса СО2 и других парниковых газов, так как по ним осуществляется движение транспорта.

2.2 Дороги располагаются в местах наибольшего выброса СО2 и других парниковых газов, так как расположение и концентрация искусственных объектов, выбрасывающих в атмосферу планеты СО2 и другие парниковые газы, в большинстве случаях совпадает с расположением и концентрацией дорог географически.

3. Дороги непрерывно строятся и периодически ремонтируются.

Таким образом, использование дорог позволяет поглощать углекислый газ (СО2) и другие парниковые газы, преимущественно, выбрасываемые в атмосферу в связи с хозяйственной деятельностью человечества.

Кроме того, поглощение углекислого газа (СО2) и других парниковых газов из атмосферы с помощью дорог позволяет синхронизировать процесс выброса и поглощения газов в пространстве и времени.

Формулировка задачи

Нужно удалить из атмосферы 10000000000 т. или 10000000000000 кг. углерода за 1 год с помощью дорог. Общая протяженность дорог на сегодняшний день около 100000000 км. или 100000000000 м. Будем считать, что ширина дорожного покрытия в среднем 10 м. Таким образом, общая площадь дорог составляет 1 000000000000 м². Поделим массу газа на площадь дорог и получим 10 кг/м^2 в год. Или 27 г. /м^2 за сутки. Для простоты будем считать 1г/м^2 в час. Что бы решить проблему нужно заставить 1м^2 дорожного покрытия улавливать всего лишь 1 г. углерода за 1 час.

Суть способа решения этой задачи описана в формуле изобретения. Для существующих дорог, не требующих ремонта, при ремонте старых дорог, при строительстве новых дорог, адсорбент включается в состав поверхностного слоя дорожного полотна, как одна из составных частей наносимой смеси. Для железных дорог адсорбент наносится прямым рассыпанием вещества поверх железнодорожной насыпи; в качестве адсорбента используются вещества искусственного или естественного происхождения, основным требованием к которым является поглощение СО2 и других парниковых газов с образованием безопасных для человека и окружающей среды устойчивых химических соединений.

В качестве примера адсорбента приведу измельченный природный минерал - БРУСИТ (Mg(OH)₂) или горные породы или отвалы руды, или побочные продукты промышленности, содержащие Mg(OH)2.

Реакция Mg(OH)2+CO2 → MgCO3+H₂O, хоть и медленно, протекает в обычных условиях. Продукт реакции, соединение MgCO3, абсолютно безвреден для окружающей среды и человека. Это соединение слаборастворимо в воде и разлагается при температурах более 300 С.Большая площадь поверхности обеспечит гигатонное поглощение газа, а инертность продукта реакции (MgCO3) обеспечит надежную утилизацию газа.

Разведанные природные залежи брусита (Mg(OH)2) в мире на сегодняшний день составляют порядка 100 млн. т., причем треть этих запасов находится в России (Кульдурское месторождение, Савкинское месторождение). Этого явно недостаточно для гигатонного поглощения СО2 из атмосферы, но на сегодняшний день вещество Mg(OH)2 получают и искусственным путем в промышленных масштабах из морской воды. Это гораздо дороже, чем открытая добыча минерала, но запасы практически не ограничены.

В качестве другого примера адсорбента можно привести использование перидотитов, мантийной породе с высокой способностью поглощать CO2 и самой высокой из известных скоростей карбонизации минералов. В Омане, пласты этой породы выходят на поверхность Земли. Оценки показывают, что залежи перидотита только в Омане способны абсорбировать 4 миллиарда тонн СО2.

Карбонизация горных пород или выветривание, это естественный процесс безопасный для окружающей среды, протекающий на Земле с момента ее существования. В изобретении предлагается с помощью дорог ускорить многократно этот процесс, за счет увеличения площади поверхности веществ, участвующих в поглощении СО2 и других парниковых газов.

Преимущества и дополнительные эффекты изобретения:

1. Низкие энергозатраты (низкий углеродный след). Процесс поглощения углекислого газа(СО2) и других парниковых газов с помощью дорог происходит естественным образом без каких-либо дополнительных энергозатрат.Кратковременные энергозатраты ограничиваются этапом добычи и внесения адсорбентов в дорожное покрытие, далее процесс идет пассивно.

2. Продукт реакции (в примере с бруситом это MgCO3) зачастую является компонентом сельскохозяйственных удобрений и при попадании в почву в малых концентрациях, будет способствовать скорости роста растительности вдоль дорог, а значит и дополнительному поглощению СО2 и других парниковых газов.

3. Удобная логистика. Адсорбенты вносятся в дорожное покрытие, с помощью которого они же (адсорбенты) и доставляются в места внесения.

4. Естественные природные явления, такие как ветер, осадки, изменения температуры и влажности, будут лишь ускорять скорость поглощения дорожным покрытием поглощение СО2 и других парниковых газов.

5. В случае автомобильных дорог скорость поглощения СО2 и других парниковых газов будет увеличиваться за счет истирания дорожного покрытия шинами автомобилей.

6. В случае железных дорог скорость поглощения СО2 и других парниковых газов будет увеличиваться за счет периодической вибрации (встряхивании) железнодорожного полотна.

7. Экономический эффект. Бизнес, связанный со строительством и ремонтом дорог, является неотъемлемой частью экономики любой страны мира. С учетом последних вызовов, связанных с глобальным потеплением, трудно представить себе насколько выгодным станет этот бизнес, если дороги будут еще и поглощать углекислый газ (СО2), и другие парниковые газы.

Материалы изобретения включены автором в заявку на конкурс XPRIZE Carbon Removal, организованным Илоном Маском.

Изобретение относится к области экологии. Предложен способ поглощения углекислого газа СО₂ и других парниковых газов из атмосферы с помощью дорог с образованием безопасных для человека и окружающей среды устойчивых химических соединений. В поверхностный слой дорожного покрытия добавляют адсорбенты, поглощающие СО₂ и другие парниковые газы. Под дорогой понимается любой вид дорожного покрытия, в том числе автомобильное полотно, железнодорожное полотно, взлетно-посадочные полосы и площадки для воздушных и космических аппаратов, велосипедные и пешеходные дорожки. Для существующих дорог, не требующих ремонта, при ремонте старых дорог, при строительстве новых дорог адсорбент включают в состав поверхностного слоя дорожного полотна как одна из составных частей наносимой смеси. Для железных дорог адсорбент наносят прямым рассыпанием вещества поверх железнодорожной насыпи. В качестве адсорбента используют вещества искусственного или естественного происхождения, например брусит. Изобретение позволяет увеличить масштаб поглощения углекислого газа из атмосферы.

Способ поглощения углекислого газа СО₂ и других парниковых газов из атмосферы с помощью любого вида дорог с образованием безопасных для человека и окружающей среды устойчивых химических соединений путем добавления в поверхностный слой дорожного покрытия адсорбентов, поглощающих СО₂ и другие парниковые газы, при этом под дорогой понимается любой вид дорожного покрытия, в том числе автомобильное полотно, железнодорожное полотно, взлетно-посадочные полосы и площадки для воздушных и космических аппаратов, велосипедные и пешеходные дорожки; для существующих дорог, не требующих ремонта, при ремонте старых дорог, при строительстве новых дорог адсорбент включается в состав поверхностного слоя дорожного полотна как одна из составных частей наносимой смеси, для железных дорог адсорбент наносится прямым рассыпанием вещества поверх железнодорожной насыпи; в качестве адсорбента используются вещества искусственного или естественного происхождения, основным требованием к которым является поглощение СО₂ и других парниковых газов с образованием безопасных для человека и окружающей среды устойчивых химических соединений.