Klimato kaita. Tai blogai, o vis blogėja. Pagrindinė priežastis yra iškastinio kuro deginimas, kuris išskiria CO2 į atmosferą. Anglies dioksidas, kaip mes visi puikiai žinome iki šiol, yra šiltnamio efektą sukeliančios dujos, tai reiškia, kad jis sugeria šilumos spinduliuotę iš Žemės ir neleidžia jai ištrūkti į kosmosą.
Tam tikras kiekis yra geras – be CO2 Žemė būtų tokia šalta, vandenynai užšaltų. Tačiau ikiindustriniais laikais CO koncentracija2 atmosferoje buvo apie 280 promilių. Dabar jis yra 420 ppm arba 50 procentų didesnis. (Galite nustebti sužinoję, kad CO2 yra tik 0,04 procento oro, kuriuo kvėpuojame, bet to pakanka, kad viską sugadintume.)
O kas, jei galėtume pašalinti anglies dioksidą iš atmosferos? Tai idėja, su kuria eksperimentuoja kai kurie startuoliai – tai vadinama tiesioginiu oro gaudymu. Vienintelė problema yra ta, kad pašalinama mažytė C0 dalis2 iš oro, kurio 99 procentai sudaro azotas ir deguonis, atima daug energijos, o mūsų energijos alkis yra tai, kas mus įvedė į šią netvarką.
Kiek energijos tam prireiktų? Malonu, kad paklausei. Tai galime įvertinti naudodami kai kurias pagrindines termodinamikos idėjas.
Nemokama dujų plėtra
Pradėkime nuo paprasto pavyzdžio. Įsivaizduokite, kad turime 1 kubinio metro tūrio dėžę ir joje yra daliklis, kuris padalija ją į dvi lygias dalis. Vienoje jo pusėje yra azoto esant atmosferos slėgiui ir temperatūrai, o kita pusė yra visiškai tuščia. Štai diagrama:
Šias dujas galime modeliuoti kaip mažų rutuliukų (azoto molekulių) krūvą, šokinėjančių aplinkui. Kai azoto rutulys susiduria su talpyklos sienele, jis jį šiek tiek stumia. Visi šie stūmimai sukelia dujų slėgį. Šiuo atveju tai yra 1 atmosferos slėgis arba apie 100 000 niutonų kvadratiniame metre. (Vienas N/m2 taip pat vadinamas paskaliu).