0,05 0,0012 0,00007 0,00009 0,00029 0,00008 0,000035 0,00008 0,000036 386.480 118.410 6.550 233 6,36 0,37 0,43 1,46 0,40 0,02 0,35 0,18
(Nguồn : Lê Văn Thăng, 2007)
Thành phần không khí thay đổi theo thời gian địa chất, cho đến nay khá ổn định bao gồm chủ yếu: Oxy, nitơ, CO2, hơi nƣớc và một số loại khí trơ.
Khí quyển là nguồn cung cấp oxy cho sự sống trên Trái đất, cung cấp CO2 cho quá trình quang hợp và là phƣơng tiện vận chuyển nƣớc hết sức quan trọng từ các đại dƣơng tới đất liền nhƣ một phần của chu trình tuần hoàn nƣớc.
1.2. Giới thiệu về khí CO2
Carbon dioxide (CO2) là một hợp chất ở điều kiện bình thƣờng có dạng khí trong khí quyển Trái đất, bao gồm một nguyên tử cacbon và hai nguyên tử ôxy. Là một hợp chất hóa học đƣợc biết đến rộng rãi, nó thƣờng xuyên đƣợc gọi theo công thức là CO2. Trong trạng thái rắn nó đƣợc gọi là băng khô.
Khí CO2 thu đƣợc từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm: Khí thoát ra từ núi lửa, việc sử dụng các nhiên liệu hóa thạch nhƣ than, dầu mỏ, khí đốt và việc sản xuất xi măng, hoạt động hô hấp của các vi sinh vật sống hiếu khí,….Các loài thực vật hấp thụ CO2 trong quá trình quang hợp, và sử dụng cả cacbon và ôxy để tạo ra các cacbohyđrat. Ngoài ra, thực vật cũng giải phóng ôxy trở lại khí quyển, ôxy này sẽ đƣợc các sinh vật dị dƣỡng sử dụng trong quá trình hô hấp, tạo thành một chu trình. Nó có mặt trong khí
quyển Trái Đất với nồng độ thấp và tác động nhƣ một khí gây hiệu ứng nhà kính. Nó là thành phần chính trong chu trình cacbon.
CO2 là một khí không màu mà khi hít thở phải ở nồng độ cao (nguy hiểm do nó gắn liền với rủi ro ngạt thở) tạo ra vị chua trong miệng và cảm giác nhói ở mũi và cổ họng. Các hiệu ứng này là do khí hòa tan trong màng nhầy và nƣớc bọt, tạo ra dung dịch yếu của axít cacbonic.
Tỷ trọng riêng của nó ở 25 °C là 1,98 kg m−3, khoảng 1,5 lần nặng hơn không khí. Phân tử CO2 (O=C=O) chứa hai liên kết đôi và có hình dạng tuyến tính. Do nó là hợp chất đã bị ôxi hóa hoàn toàn nên về mặt hóa học nó không hoạt động lắm và cụ thể là không cháy.
Ở nhiệt độ dƣới -78 °C, CO2 ngƣng tụ lại thành các tinh thể màu trắng gọi là băng khô. CO2 lỏng chỉ đƣợc tạo ra dƣới áp suất trên 5,1 barơ; ở điều kiện áp suất khí quyển, nó chuyển trực tiếp từ các pha khí sang rắn hay ngƣợc lại theo một quá trình gọi là thăng hoa.
CO2 có vai trò quan trọng trong quá trình quang hợp của cây xanh, nó là nguồn cung cấp carbon cho quang hợp. Nồng độ CO2 trong không khí quyết định vận tốc của quá trình quang hợp. Quang hợp là nguồn duy nhất để tạo ra năng lƣợng nuôi sống mọi sinh vật trên Trái đất. Đôi khi CO2 đƣợc bơm thêm vào các nhà kính để thúc đẩy thực vật phát triển. Thực vật cũng giải phóng ra CO2 trong quá trình hô hấp của nó, nhƣng tổng thể thì chúng làm giảm lƣợng CO2 (http://vi.wikipedia.org/wiki/cacbondioxit). Trong khí quyển, CO2 đƣợc xem là một loại khí nhà kính vì nó có khả năng hấp thụ tia hồng ngoại. Nồng độ CO2 trong khí quyển đã gia tăng đáng kể trong nhiều thế kỷ qua và là mối quan tâm lo ngại về mối liên quan giữa mức độ CO2 trong không khí và sự nóng lên toàn cầu. Nồng độ CO2 điển hình trong không khí là 0,038% (380 ppm) và có xu hƣớng tăng theo mùa trong khoảng 6 ppmV. Nồng độ CO2 trong không khí cũng tăng đều qua các năm trong hơn 60 năm, tỷ lệ tăng hiện nay là khoảng 2 ppm mỗi năm. CO2 đóng một vai trò quan trọng trong chu trình cacbon, trong đó cacbon trao đổi giữa khí quyển, sinh quyển trên cạn ( bao gồm hệ thống nƣớc ngọt và đất), các đại dƣơng,và trầm tích (cả nguyên liệu hóa thạch) (www.uigi.com/carbondioxit.html) . CO2 có nhiều ứng dụng trong thực tiễn nhƣ:
- Trong công nghiệp: CO2 ở dạng rắn và lỏng đƣợc sử dụng để làm lạnh và làm mát. Nó đƣợc sử dụng nhƣ một loại khí trơ trong quá trình hóa học, tồn trữ bột cacbon và dập lửa.
- Trong sản xuất và xây dựng: CO2 đƣợc sử dụng nhƣ một loại khí lá chắn trong hàn MIG/MAG, nó sẽ bảo vệ chỗ hàn khỏi bị ôxi hóa bởi không khí xung quanh. Một hỗn hợp của argon và CO2 hiện nay đƣợc sử dụng để tăng tỷ lệ hàn và làm giảm nhu cầu về xử lý vị trí mối hàn. Băng khô dạng viên đƣợc sử dụng để thay thế cát phun khi gỡ sơn ra khỏi bề mặt.
- Hóa chất, dƣợc phẩm và công nghiệp dầu khí: Một số lƣợng lớn CO2 đƣợc sử dụng làm nguyên liệu trong công nghiệp hóa chất, đặc biêt là sản xuất methanol và urê. CO2 cũng đƣợc bơm vào các giếng dầu, nó có tác dụng nhƣ là tác nhân giải nén và khi hòa tan trong dầu thô thì nó làm giảm đáng kể độ nhớt của dầu thô từ đó tạo điều kiện để dầu chảy nhanh hơn trong long đất vào các giếng dầu.
- Thực phẩm và đồ uống cho phép sử dụng CO2: đƣợc sử dụng để làm đông, đóng băng bề mặt, giúp lƣu trữ và vận chuyển các loại kem và thực phẩm đông lạnh. Ngoài ra, nó còn đƣợc sử dụng để cacbonat nƣớc giải khát, bia, rƣợu vang và để ngăn chặn nấm, vi khuẩn phát triển. CO2 dạng lỏng đƣợc sử dụng làm dung môi cho nhiều hợp chất hữu cơ và đƣợc dùng để loại bỏ cafein từ cafe,..
- Hiện nay CO2 đƣợc sử dụng để nuôi tảo biển
- Y học: tới 5% CO2 đƣợc thêm vào ôxy nguyên chất để trợ thở sau khi ngƣng thở và để ổn định cân bằng O2/CO2 trong máu.
Bên cạnh những lợi ích kể trên thì CO2 cũng có những tác động xấu đến con ngƣời và môi trƣờng nhƣ:
- Gây nguy hiểm cho con ngƣời với nồng độ cao, tuy không độc nhƣng khi hàm lƣợng CO2 vƣợt quá 4% nó gây ảnh hƣởng đến sức khỏe vì tan nhiều trong máu, tác dụng lên trung ƣơng thần kinh, gây rối loạn các hoạt động của cơ thể, nếu hít thở không khí chứa 0.5% khí CO2 sẽ gây đau đầu, chóng mặt, 5% sẽ gây khó thở, 10% sẽ gây bất tỉnh,…
- Gây ảnh hƣởng đến môi trƣờng biển: Khoảng 50% tổng lƣợng khí CO2 do con ngƣời thải ra kể từ cuộc cách mạng công nghiệp đã hòa tan vào các đại dƣơng của thế giới, gây ra hiện tƣợng axit hóa đại dƣơng. Theo WMO thì hằng ngày, các đại dƣơng hấp thụ 4kg khí CO2 từ mỗi ngƣời trên Trái đất.