Karbondioksid

Karbondioksid er en kjemisk forbindelse av karbon og oksygen med kjemisk formel CO2, den er en ikke-brennbar, sur og fargeløs gass med en svak syrlig lukt og smak. Den løser seg lett opp i vann, hvor den også forekommer ofte, for eksempel i det som i dagligtale kalles kullsyre i leskedrikker, men som er en uriktig betegnelse. Med metalloksider eller hydroksid, kan karbondioksid danne to typer salter, nemlig karbonater og hydrogenkarbonat.

CO2 er en viktig del av det globale karbonkretsløpet, samt en naturlig del av luften som en viktig drivhusgass i atmosfæren: Menneskelig aktivitet, spesielt forbrenning av fossile energikilder, har økt andelen parts per million (ppm) CO2 i atmosfæren fra cirka 280 før starten av industrialiseringen til cirka 400 ppm i 2015. Denne tendensen er fortsatt stigende. Denne økningen resulterer i en forsterkning av den naturlige drivhuseffekten, som i sin tur er årsaken til dagens globale oppvarming.

Ved forbrenning av stoffer som inneholder karbon med tilstrekkelig oksygen oppstår CO2. Gassen oppstår også i organismer og levende vesener som et produkt av celleånding. Planter, algerer og noen bakterier og arkebakterier konverterer CO2 etter fiksering i biomasse. Under fotosyntesen skapes glukose fra uorganisk CO2 og vann.

CO2 kan være giftig, men konsentrasjonen i luften er langt fra nok til at det er skadelig. Den har et bred spektrum av teknisk anvendelser. I kjemiske industri brukes den for eksempel ved fremstilling av urea. I fast form som tørris er CO2 mye brukt som kjølemiddel, og som såkalt superkritisk karbondioksid blir brukt som løse- og ekstraheringsmiddel.

Karbondioksid var en av de første gassene som fikk et navn 1 liter glass water bottle. På 1600-tallet observerer den flamske kjemikeren Jan Johannes van Helmont at massen av trekull ble redusert under forbrenningen, ettersom massen av den gjenværende aske var mindre enn det kull som ble brukt. Hans tolkning var at resten av kullet hadde blitt omgjort til et usynlig stoff som han kalte gass eller Spiritus Sylvestre («Vild ånd»).

Egenskapene til karbondioksid ble undersøkt mer grundig av den skotske legen Joseph Black. Han oppdaget i 1754 at når kalsium blandes i en løsning med syrer, frigjøres en gass som han kalte fixed air («fiksert/etablert luft»). Han innså at denne gassen var tyngre enn luft og ikke opprettholder forbrenningprosesser. Ved injisering av denne gass i en oppløsning av kalsium så han at en fellingsreaksjon skjedde. Dette fenomen fikk ham til å forstå at karbondioksid oppstår i pusting hos pattedyr, og frembringes av mikrobiologisk fermentering. Hans arbeid viste at gasser kan være involvert i kjemiske reaksjoner, og bidro til at en vente seg bort fra teorien om flogiston.

Joseph Priestley lyktes i 1772 med den første produksjon av brus ved å tilføre svovelsyre i en kalkløsning, for deretter å oppløse den resulterende karbondioksid i en mugge med vann. I 1823 lyktes Humphry Davy og Michael Faraday med å gjøre karbondioksid om til en væske ved å øke trykket. Den første beskrivelsen av fast karbondioksid kommer fra Charles Thilorier, i 1834 trykksatt han en beholder med flytende karbondioksid. Da han åpnet beholderen fant han ut at en spontan fordampning finner sted, noe som fører til avkjøling slik at også en del faststoff av CO2 ble dannet.

Karbondioksid er i atmosfæren, i hydrosfæren, i litosfæren og biosfæren. Karbon utveksles mellom disse sfærene i stor grad i form av karbondioksid. I atmosfæren var det i 2015 rundt 830 gigatonn (830 000 000 000 tonn) karbon i form av karbondioksid. hydrosfæren inneholder cirka 38 000 gigatonn med karbon i form av fysisk oppløst karbondioksid, samt oppløst hydrogenkarbonater og – karbonater. Litosfæren omfatter den klart største andelen av kjemisk bundet karbondioksid. Karbonatbergarter som kalsitt og dolomitt inneholder cirka 60 millioner gigatonn karbon I tillegg til dette kommer innholdet av karbon i permafrostområder som tundraen i Arktis og Antarktis ved polområdene, boreal barskog eller fjellområder som lagrer store mengder karbon.

Utdypende artikkel: Liste over land etter karbondioksidutslipp

Karbondioksid er en sporgass i atmosfære. Konsentrasjonen i 2013 er lokalt overskred terskelen på 400 ppm (parts per million, deler per million), som ble målt av National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) i USA på Mauna Loa, Hawaii.

En studie publisert høsten 2016 i tidsskriftet Science kunne for første gang fremvise en lineær sammenheng mellom utslipp av CO2 og smelting av sommerisen i Arktis: «Et tonn CO2 = -3 km3 sommeris».

Den totale massen av karbondioksid i atmosfæren er cirka 3000 gigatonn eller cirka 800 gigatonn karbon (forholdet mellom molar masse av CO2 til C er 44:12). Konsentrasjonen varierer både med årstidene og lokalt, spesielt på bakken. I urbane områder er konsentrasjonen generelt høyere i lukkede rom, der kan konsentrasjonen være opp til ti ganger høyere enn gjennomsnittet.

Karbondioksid absorberer noe av varmestrålingen fra solen (den infrarøde), mens den kortbølgede del av solstrålingen kan passere nesten uhindret. Et absorberende legeme avgir også varmestråling i henhold til sin temperatur. Disse funksjonene gjør karbondioksid til en såkalt klimagass. Etter vanndamp utgjør karbondioksid den andre store klimagassen i forhold til sin mengdeandel i atmosfæren, selv om den spesifikke virkningen av metan og ozon er høyere. Alle klimagasser sammen øker den gjennomsnittlige temperaturen på jordoverflaten på grunn av den naturlige drivhuseffekten fra cirka -18 °C til +15 °C. Karbondioksid har en relativt stor andel av den samlede effekten og dermed bidrar dermed til å gjøre klimaet vennlig for livet på jorden.

Atmosfærens innhold av karbondioksid har vært utsatt for store svingninger i løpet av historien, noe som har hatt ulike biologiske, kjemiske og fysiske årsaker. For 500 millioner år siden var karbondioksidkonsentrasjonen omtrent 20 ganger høyere enn dagens nivå. Verdien sank jevnt og var i jura om lag fire til fem ganger sin nåværende verdi. Siden da har verdien falt videre. I alle fall de siste 800 000 år har andelen alltid vært under 300 ppm. Konsentrasjon av karbondioksid i den siste 10 000 år har holdt seg relativt stabilt på 300 ppm. Balansen i karbonkretsløpet har dermed vært i likevekt over dette tidsrommet. Fra begynnelsen av den industrielle revolusjon på 1800-tallet har karbondioksidinnholdet i atmosfæren økt. Den nåværende konsentrasjonen er trolig den høyeste på flere hundre tusen år.

I perioden 1960 til 2005 økte karbondioksidinnholdet med 1,4 ppm per år.

De antropogene, altså menneskeskapte, utslipp av karbondioksid, er cirka 36,3 gigatonn per år. Dette utgjør bare en liten andel av de fra naturlige kilder av karbondioksid som er på cirka 550 gigatonn per år. Men fordi det naturlige karbonsluket opptar samme mengde CO2 hold karbondioksidkonsentrasjonen seg relativt konstant før industrialiseringen. Den ekstra karbondioksiden er omtrent halvparten av biosfærens og av verdenshavenes (som fører til forsuring) opptak, slik at de nå absorberer mer karbondioksid enn de avgir. Den andre halvparten av karbondioksidutslippene forblir i atmosfæren, hvor det fører til målbar økning i konsentrasjonen. Denne kurven som viser økt karbondioksidkonsentrasjon er beskrevet av Charles David Keeling, og den såkalte Keeling-kurven er oppkalt etter ham. Denne ble første gang vist i begynnelsen av 1960-årene.

Det er generelt akseptert at det er en statistisk signifikant menneskeskapt innflytelse på klimaet, som er delvis ansvarlig for den global oppvarming. Denne oppvarmingen har svært sannsynlig for en stor del sin årsak i økningen i drivhuseffekten på grunn av utslipp av klimagasser. Det karbondioksid som produseres i tillegg har en andel på cirka 60 % av drivhuseffekten.

I mars 2015 ble det i henhold til National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) for første gang målt mer enn 400 ppm CO2 i jordens atmosfære.

Vannet i havet inneholder karbondioksid i oppløst form, så vel som karbondioksid i likevekt med hydrogenkarbonater og karbonater. Den oppløste mengde varierer med årstidene, fordi den avhenger av temperaturen og saltinnholdet i vannet: Kaldt vann oppløser mer karbondioksid enn varmt. Fordi kaldt vann har større tetthet, synker karbondioksidinnholdet i havene på dypere lag. Bare ved trykk over 300 bar og temperaturer over 120 °C (393 K) er situasjonen annerledes, som i nærvær av dyp med geotermiske skorsteiner.

I havet er det omtrent 50 ganger mer karbon enn inneholdet i atmosfæren. Havet fungerer som en stort karbonsluk og absorberer cirka en tredjedel av den frigitte mengden karbondioksid fra menneskelig aktivitet. I de øvre lag av verdenshavene er karbondioksid delvis bundet av fotosyntesen. Med ved økende oppløsning av karbondioksid senkes alkaliteten til saltvann, og det er fryktet at dette vil påvirke dannelsen av skjell hos organismer. På den annen side er det bevis for at økt karbondioksid konsentrasjon stimulerer noen arter til økt skjellproduksjon.

Gjennom spesielle geologiske forhold kan ferskvann oppta betydelige mengder med karbondioksid, som vann fra mineralkilder eller i innsjøer i utdødde vulkaner, kalt Maarer. I sjeldne tilfeller inntreffer naturkatastrofer på grunn karbondioksid. I 1986 inntraff en katastrofe på Lake Nyos i Kamerun. Innsjøen ligger i et gammelt vulkankrater i Oku-vulkansk område. Et magmakammer strømmet ut i innsjøen, og karbondioksid ble oppløst i vannet slik at det ble mettet. Sannsynligvis forårsaket et jordras at store mengder karbondioksid fra innsjøen ble sluppet ut, noe som drepte omkring 1700 innbyggere og 3500 dyr i omkringliggende landsbyer. I 1984 inntraff en liknende katastrofe ved Lake Monoun der vannet ble mettet med karbondioksid på grunn av en slik hendelse. Under denne spontane frigjøringen av karbondioksid omkom 37 mennesker. Dessuten har Kivusjøen i Sentral-Afrika høye konsentrasjoner av oppløste gasser på dypt vann. Det er anslått at rundt 250 km³ karbondioksid er oppløst i denne innsjøen.

Atmosfæren på Venus består av cirka 96,5 % karbondioksid, og har en massen på cirka 90 ganger Jordens atmosfære, med et trykk på 90 bar. Det høye karbondioksidinnholdet er en årsak til den sterke drivhuseffekten på planeten. Videre i forhold til jorden har den gjennomsnittlig en 41 millioner kilometer kortere avstand fra solen, noe som resulterer i en overflatetemperatur på cirka 480 °C. Karbondioksid er også den viktigste delen av atmosfære på Mars, som utgjør rundt 95 % av innholdet. På polene til Mars er den atmosfærisk delen av karbondioksid delvis bundet som tørris. Det atmosfæriske trykk er svært lavt, bare cirka syv millibar, noe som fører til at dens drivhuseffekten bare gir en økning av temperaturen på om lag 5 °C. Dette til tross for det høye karbondioksidinnhold. Atmosfærene til de ytre planetene i solsystemet, samt til deres satellitter, inneholder også karbondioksid. Opprinnelsen til denne er knyttet til konsekvensene av kometer som Shoemaker–Levy 9 og kosmisk støv. Med instrumenter som Hubble-teleskopet har NASA funet eksoplaneter som HD 189733 b med karbondioksid.

Karbondioksid er funnet både i det interstellare rom, i den protoplanetarisk skive og rundt unge stjerner. Dannelsen skjer ved overflatereaksjoner med karbonmonoksid og oksygen til vann- og ispartikler ved temperaturer rundt -123 °C (150 K). Ved fordampning av isen frigjøres karbondioksid. I det frie rommet mellom, er konsentrasjonen forholdsvis lav, ettersom vann og karbonmonoksid er dannet ved reaksjoner med atomært og molekylært hydrogen.

Karbondioksid som produseres ved forbrenning av karbonholdige brennstoffer, spesielt fossile energikilder. Totalt blir omtrent 36 milliarder tonn karbondioksid per år frigjort i verden, og dette blir sluppet ut i atmosfæren. Prosesser for karbonfangst og -lagring er for tiden (2016) i begynnelsen av sin utvikling, og er ennå ikke klar for serieproduksjon. Metodenes effektivitet og lønnsomhet, spesielt i sammenheng med bærekraftige energisystemer, blir vurdert kritisk.

Karbondioksid dannes ved reaksjon mellom karbon og oksygen:

Teknisk sett er karbondioksid generert når en brenner koks med luftoverskudd. Ved kullforgassing og dampreforming av naturgass, er karbondioksid et produkt av vann-gass-skiftreaksjonen i syntesegassproduksjon:

For anvendelse i Haber–Bosch-prosessen og metanolproduksjon blir syntesegassen vasket, for eksempel ved rectisolmetoden, slik at karbondioksid blir produsert i store mengder i meget ren form. Karbondioksid oppstår som et biprodukt ved kalkbrenning. Ved påfølgende rensing ved dannelsen av kaliumkarbonat til bikarbonat og påfølgende utslipp ved oppvarming, blir om lag 530 millioner tonn gjenvunnet hvert år.

For anvendelse i et laboratorium kan karbondioksid frigjøres fra kalsiumkarbonat og saltsyre, for eksempel i et Kipp’s apparat. Enheten var tidligere i mye brukt i laboratorier, men metoden blir nå sjelden brukt, siden karbondioksid er tilgjengelig i gassflasker eller som tørris.

Karbondioksid opptrer ved normalt trykk som et fast stoff ved temperaturer under -78,5 °C. Dette stoffet kalles tørris. Hvis dette blir oppvarmet vil det ikke smelte, men blir sublimert direkte til gassform.

Trippelpunkt der de tre fasene av faststoff, væske og gass finnes ved termodynamisk likevekt, er ved en temperatur på -56,6 °C og et trykk på 5,19 bar.

Den kritiske temperaturen er 31,0 °C, det kritiske trykket 73,8 bar og den kritiske tettheten 0,468 g/cm³. Under den kritiske temperaturen kan karbondioksid komprimeres ved trykkøkning til en fargeløs væske. Ved romtemperatur kreves et trykk på cirka 60 bar for at CO2 skal være i væskeform.

Fast karbondioksid krystalliserer i kubisk krystallstruktur i romgruppe Pa-3 (romgruppe nummer 205) med gitterparameteren a = 562,4 pm.

Karbondioksid absorberer elektromagnetisk stråling hovedsakelig i regionen av spektret av infrarød, noe som gir molekylær vibrasjoner. Dette er selve årsaken til stoffets egenskap som klimagass.

Dens løselighet i vann er forholdsvis høy. Ved 20 °C under normalt trykk er metning i likevekt med ren karbondioksid ved 1688 mg/l. For sammenligning er løseligheten av oksygen eller nitrogen som følger: I rent oksygen er metningen allerede nådd ved 44 mg/l og ved ren nitrogen ved 19mg/l. I standard tilstand er tetthet av karbondioksid 1,98 kg/m³.

Karbondioksidmolekylet er lineært, det vil si at alle tre atomer ligge på en rett linje. Karbonet er bundet til to oksygenatomer med dobbeltbindinger, begge oksygenatomene har to frie elektronpar. Karbon-oksygen avstanden er 116,32 pm Karbon-oksygenbindinger er polarisert på grunn av de forskjellige elektronegativitetene til karbon og oksygen. Imidlertid vil de elektriske dipolmomenter oppheve hverandre utover på grunn av symmetri, slik at molekylet ikke har noe elektrisk dipolmoment.

Oppløst i vann danner karbondioksid karbonsyre (H2CO3), hvor mer enn 99 % av karbondioksidet bare er fysisk oppløst. Derfor er den vandige løsningen svakt sur. Karbonsyre som sådan, og den oppløste karbondioksid, er i en likevekt med deres dissosiative stoffer hydrogenkarbonat (bikarbonat, HCO3) og karbonat (CO32-), som er i et pH-verdi avhengig forhold til hverandre. I vann ligger denne likevekten hovedsakelig mot siden av karbondioksid og bare i liten grad dannes det hydrogenkarbonationer.

Dersom oksoniumioner (H3O3) som er dannet i løpet av dissosiasjon blir oppfanget ved tilsetning av en alkalisk oppløsning med hydroksidioner (OH), idet mengdeforholdet skifter i favør av karbonater.

Karbondioksid er en meget svak oksidasjonsmiddel. Uedle metaller som for eksempel magnesium fungerer som et sterk reduksjonsmiddel, reagere i med karbondioksid til å danne karbon og metalloksider:

På grunn av den positive partialladningen til karbon reagerer karbondioksid som elektrofil i karboksylering av karbon nukleofiler slik som metall-alkylider eller alkylmagnesium for å danne en karbon-karbon-binding. Med karbondioksid reagerer med fenolsyre med reaksjonsstoffet fenolkarboksylsyrer.

Karbondioksid brukes i industrien til mange forskjellige formål. Det er billig, ikke-brennbart og anvendes som komprimert gass, i flytende form, som tørris eller i superkritisk fase. Den kjemiske industrien anvender karbondioksid som et råmateriale for kjemiske synteser.

I drikker som inneholdt karbondioksid stimuleres reseptorceller i munnen, noe som har en forfriskende effekt. For drikker som øl eller champagne kommer karbondioksid fra gjæringsprosessen. I andre drikker som limonade eller sodavann blir CO2 kunstig tilsatt, eller det benyttes naturlig mineralvann som inneholder CO2. Ved produksjon av slike varer blir karbondioksid pumpet inn i drikken under høyt trykk. Der cirka 0,2 % av vannet reagerer med karbondioksid og danner karbonsyre, mens den største del går i oppløsning som en gass i vannet. Som tilsetningsstoff kalles karbondioksid for E 290.

Gjær utvikler ved gjæring av sukker karbondioksid som benyttes som hevemiddel ved fremstilling av deig. Bakepulver er en blanding av natriumbikarbonat og et surt salt er også brukt som et hevemiddel, men gir ikke karbondioksid.

Ved produksjon av vin brukes tørris som kjølemiddel for å avkjøle nylig plukket druer uten fortynning med vann, noe som vil kunne skape spontan gjæring. Vindyrkerne i Beaujolais i Frankrike bruker kullsyregjæring for å produsere “Beaujolais Primeur .

Ved lagring av frukt og grønnsaker spiller temperaturen en viktig rolle, men det samme gjør også sammensetningen av atmosfæren der disse produktene oppbevares. Hos fruktprodusenter og butikker kan epler som lagres i kontrollerte omgivelser være holdbare i flere tiår. Kunnskapen om at moden frukt forbruker oksygen og avgir karbondioksid, og at en atmosfære uten oksygen vil føre til at modningen stopper, går tilbake til begynnelsen av 1800-tallet. På 1930-tallet ble det for første gang konstruert et lager der innholdet av oksygen og karbondioksid i luften kontrolleres, dette ble utprøvd i Storbritannia. Den økonomiske betydningen av nøyaktig kontrollerte atmosfærer for fruktlagring er stor. Med tilsetning av karbondioksid til atmosfæren kan holdbarheten forlenges med flere måneder, dermed blir en mindre avhengigheten av import fra varmere strøk om vinteren og våren. På den annen side kan uriktig tilsetning av karbondioksid føre til feil i fruktkjøttet, dermed kan et helt lager eller en containertransport bli verdiløs. De biokjemiske prosessene som fører til den forsinkede modning av frukt er ennå ikke forstått. For tiden er det antatt at både bremsing av modningsprosessen og dannelsen av forskjellige feil forårsaket av stressresponser blir styrt på cellenivå.

Frukt, grønnsaker og sopper som i detaljhandel blir pakket i folie, blir gjerne utstyrt med en beskyttende atmosfære, dette for å forlenge holdbarheten. Dette gir også en beskyttelse av friskheten på vei til forbrukeren. I dag blir også kjøtt, fisk og sjømat, pasta, bakervarer og meieriprodukter solgt i slik forpakning. Typiske nivåer er 20 % karbondioksid for storfekjøtt, 50 % for storfekjøtt, svinekjøtt og pasta, 60 % for bakervarer og hele 80 % for fisk. En emballasje med bare karbondioksid unngås. Dette fordi det ville kunne føre til utviklingen av sykdomsfremkallende anaerobe bakterier, og i mange tilfeller påvirke farge og smak på produktene. Bestemmelse av optimal beskyttende atmosfære for et produkt er gjenstand for intens forskning i matindustrien.

Superkritisk karbondioksid har høy løselighet for upolare stoffer og kan erstatte giftige organiske Løsemidler. Det brukes som ekstraksjonsmiddel, for eksempel for utvinning av naturstoffer som koffein ved fremstilling av koffeinfri kaffe.

Karbondioksid anvendes ved brannslokking på grunn av sin egenskap til å fortrenge oksygen, spesielt i brannslokningsapparater og automatiske slukkeanlegg. CO2-brannslukningssystemer anvendes for å beskytte siloer eller lagerrom for brannfarlige væsker ved å fylle hele rommet med karbondioksid. Dette har imidlertid ført til gjentatte ulykker, med kvelning til følge. En studie av US Environmental Protection Agency (EPA) raporterte om 51 ulykker i tidsrommet 1975–1997 med 72 dødsfall og 145 skadete på grunn av slike anlegg.

Karbondioksid brukes som kuldemedium i bilbransjen og stasjonære klimaanlegg, som industriell kjøling, supermarkeder og transportkjøling og drikkemaskiner. Den har en stor volummessig kjølekapasitet og dermed en høy effektivitet for et gitt volum. Karbondioksid har en lav miljøbelastning, ettersom det globale oppvarmingspotensialet bare er en brøkdel av de vanlige kjølemedier som brukes i dag. Det har heler ingen ozonnedbrytende potensiale. Karbondioksid blir anvendt i sentralvarmesystemer og oppvarming i kjøretøyer. I gasskjølte atomreaktorer av type som Advanced Gas-cooled Reactor blir karbondioksid brukt som kjølemiddel.

Karbondioksid blir anvendt som en inertgass innenfor sveiseteknologi, enten i ren form eller som et tilsetningsstoff sammen med argon eller helium. Ved høye temperaturer er CO2 termodynamisk ustabil derfor er det ikke er referert til som lite reaksjonsvillig, i stedet blir det da omtalt som en aktiv gass.

I en såkalt karbondioksidlaser strømmer kontinuerlig en lasergass gjennom utladningsrøret, denne består av en blanding av nitrogen, helium og karbondioksid. I tillegg til den vanlige faste laseren, er det en av de mest bruket industrielt gasslasere med ytelse mellom 10 W og 20 kW refilling water bottles. Virkningsgraden er omtrent 10 til 20 %.

I flytende form omsettes karbondioksid i gassflasker. Det finnes to typer: flasker med stigerør for uttak av flytende karbondioksid og flaske uten stigerør for uttak av karbondioksid i gassform. Begge må være i vertikal posisjon ved transport. Flasken uten stigerør anvendes med trykkreduksjonsventil how to tenderize steak without a mallet, mens den med stigerør hovedsakelig drives uten. Så lenge det fremdeles er flytende karbondioksid i trykkflasken, er det indre trykket bare avhengig av temperaturen. En måling av fyllingsnivået er derfor bare mulig via veiing for begge flasketypene. Kapasiteten for uttak av gass er begrenset av hvor mye varme som kan absorberes fra omgivelsene, den flytende karbondioksiden må nemlig fordampe i flasken for å gjenoppbygge det trykk som tilsvarer gjeldende temperatur.

Sublimasjon av tørris frembringer en hvit tåke fra den kalde karbondioksid-luftblanding, samt kondensasjon av luftfuktigheten i omgivelsene. Dette gir visuelle effekter som blir brukt i teater og konserter. I dag er det vanlig med tåkekjøling som tilleggsutstyr for røykmaskiner, som drives med flytende karbondioksid.

I økende grad blir karbondioksid anvendt i forbindelse med automatiserte prosesser for sandblåsing der overflater med spesielt høy renhet etterstrebes. Med sin kombinasjon av mekaniske, termiske og kjemiske egenskaper, kan «karbondioksid-snø», for eksempel oppløse og fjerne forskjellige typer av overflateurenheter uten gjenværende rester.

Superkritisk karbondioksid er et løsemiddel som brukes til rengjøring og avfetting, for eksempel wafere i halvlederindustrien og tekstiler i renserier. Karbondioksid i denne tilstanden benyttes også som et reaksjonsmedium for produksjon av finkjemikalier. Disse brukes for eksempel til fremstilling av smakstilsetninger, fordi isolerte enzymer ofte forblir aktive og ingen rester av oppløsningsmidler forblir i produktene, i motsetning til organiske oppløsningsmidler.

I tertiære oljeutvinning blir superkritisk karbondioksid brukt til fylling av oljereservoar for å rense oljen fra større dyp til overflaten.

I den kjemiske industri er karbondioksid brukt ved omsetning av ammoniakk, spesielt ved fremstilling av urea. I det første trinnet reagerer ammoniakk og karbondioksid til ammoniumkarbonat, som i det andre trinn reagerer videre under dannelse av urea og vann:

Ved reduksjon med hydrogen blir formamide dannet. Vider vil reaksjon med aminer, så som Dimetylamin blir dimetylformamid dannet.

Ved å la karbondioksid reagere med natriumfenolat oppnås gjennom Kolbe–Schmitt-reaksjonen salisylsyre.

Ved reaksjon med etylen blir etylen fremstilt. Dette skjer ved den såkalte OMEGA-Prosessen meget selektivt med vann for å gi til glykol.

Ved reaksjon med karbondioksid med en Grignard-forbindelse fører til dannelse av karbonsyre, for eksempel:

Telomerisering av karbondioksid med to molekyler av 1,3-butadien under homogene Palladium-katalyse fører til dannelse av finkjemikalier som laktoner under milde reaksjonsbetingelser.

Soda (natriumkarbonat) blir fremstilt i solvayprosessen av karbondioksid. Noen metallkarbonater slik som cerusitt, blir produsert for eksempel ved reaksjon mellom metallhydroksider og karbondioksid. Slike stoffer blir brukt som fargestoff.

På et høyt oljepris og lav strømpris, kan det i fremtiden være lønnsomt med utvinning av metan via Sabatier-prosessen fra karbon fra karbondioksid og hydrogen ved elektrolyse, for eksempel via energiproduksjon fra vindkraftverker. Ellers vil videre bruk av karbondioksid bli uøkonomisk av termodynamiske grunner.

I tillegg til karbonfangst og -lagring går forskningen også i retning av å konvertere karbondioksid som dannes under forbrenning av fossile brensler til nyttbare forbindelser, og om mulig, dannelse av energibærere på nytt. For eksempel kan reduksjonsforbindelser slik som metanol og maursyre allerede fremstilles på denne måten.

Tilsvarende er syntese av urea en mulighet. Et fransk forskerteam undersøkte organisk katalyse, ved konvertering til formamid eller dens derivater. Sidens energi til å drive prosessen må tilføres, er ikke disse metodene egnet for økonomisk produksjon av energi. Forskere ved RWTH Aachen har utviklet en homogen katalytisk prosess for fremstilling av metanol fra karbondioksid og hydrogen under trykk med en spesiell ruthenium-fosfin-kompleks til stede i katalysatoren og reagenser i en løsning. Likeledes er en kontinuerlig fremgangsmåte for fremstilling av maursyre utviklet med et organometallisk ruthenium-kompleks, karakterisert ved at karbondioksid innehar en dobbelrolle både som reaktant og i en superkritisk form i den ekstraherende fase der maursyren dannes. I en annen variant som er utviklet av en spansk forskningsgruppe, kan karbondioksid omdannes via en iridium-katalysert hydrosilyleringsreaksjon og fanges opp i form av silyl-formater. Fra dette kan maursyre lett skilles ut. Denne reaksjon som allerede har blitt realisert på i mindre skala, foregår under meget milde reaksjonsbetingelser, er meget selektiv og har høy omsetning.

I Niederaussem kraftverk utforske RWE og Brain AG hvordan mikroorganismer kan konvertere CO2.

Karbondioksid var opp til 1950-årene, vanlig i brukt som bedøvelse for mennesker, spesielt i USA, og ble den gangen vurdert som svært tilfredsstillende. Etter dette er mer effektive anestetikum innført.

Imidlertid brukes fortsatt en metode med bedøving med karbondioksid før slakting av dyr. Griser blir ført ned i grupper via en heis i en grop med en atmosfære som inneholder minst 80 % karbondioksid, hvor de mister bevisstheten. Denne prosedyren er kontroversielt og intensiv innsats gjøres for å forbedre metodene ut fra et dyrevernperspektiv. Fisk blir lamslått ved å innføre gassformig karbondioksid eller ved å tilsette kullsyre i vannet. Metoden med å bedøve slaktedyr med karbondioksid er underlagt ulike restriksjoner i forskjellige land, for eksempel bestemmelser for hvilke dyr som tillates bedøvd på denne måten.

Karbondioksid blir anvendt som avføringsmiddel i form av stikkpiller. Ved utvikling av natriumdihydrogenfosfat og natriumbikarbonat under oppløsning av stikkpillen blir karbondioksid frigjort og ekspanderer i tarmen, noe som i sin tur utløser avføringsrefleksen.

Karbondioksid virker som et gjødsel, og brukes som det i drivhus. Grunnen til dette er mangelen på karbondioksid forårsaket av plantenes fotosyntese som forbruker CO2. Ved utilstrekkelig påfylling av frisk luft, spesielt om vinteren når ventilasjonen er lukket kan dette bli et problem. Karbondioksidet blir enten innført direkte som en ren gass eller som et forbrenningsprodukt av propan eller naturgass. Dette resulterer i en kobling av gjødsling og oppvarming. Den mulige økning av utbytte avhenger av omfanget av mangel på karbondioksid og i hvilken grad planter er utsatt for lys. Karbondioksid blir anvendt i akvarier som et gjødsel for vannplanter. Ved tilførsel av organisk materiale øker karbondioksidinnholdet i vannet ved åndedrett på bekostning av oksygeninnholdet.

CO2 anvendes for å fange blodsugende insekter og smittebærere. Disse bruker karbondioksid som forekommer i pusten til verten til å orientere seg etter. Det blir frigjort fra tørris, fra gassflasker eller fra forbrenning av propan eller butan. Dette lokker insekter i nærheten til å bli dratt inn i et eget innsug.

Karbondioksid har skadevirkinger for dyr og mennesker om konsentrasjonen i innåndingsluften blir for stor. Den skadelige virkning er ikke bare basert på fortrengning av oksygenet i luften. EN-standarden EN 13779:2007 deler romluften inne i fire kvaliteter, avhengig av karbondioksidkonsentrasjonen: Verdier under 800 ppm regnes som god kvalitet, som moderat kvalitet regnes verdier mellom 800 og 1000 ppm (0,08 til 0,1 Vol %), mens verdier mellom 1000 og 1400 ppm anses som medium. For verdier over 1400 ppm er luftkvaliteten kategorisert som lav. Til sammenligning er det globale gjennomsnittet av volumandel CO2 i luften cirka 400 ppm, men det varierer regionalt, og er sterkt avhengig av tid og sesongvariasjoner. Terskel grenseverdi for daglig eksponering i åtte timer per dag er 0,5 %. Ved en konsentrasjon på 1,5 %, øker åndedrettens minuttvolum med mer enn 40 %.

Ved høy konsentrasjon av karbondioksid inntrer reduksjon, eller i verste fall opphør av de autonome reflekser som styrer åndedrettene, først inntreffer hyperventilering og til slutt apné. Fra cirka 5 % karbondioksid i innåndingsluften oppstår hodepine og svimmelhet, ved høyere konsentrasjoner akselerert hjertefrekvens (takykardi), det oppstår økt blodtrykk, åndenød og forstyrrelser av bevisstheten, såkalt CO2-narkose. Konsentrasjon av karbondioksid på 8 % fører til døden i løpet av 30 til 60 minutter.

På grunn av at høye karbondioksidkonsentrasjoner forekommer i kjellere, siloer, brønner og kloakkummer, oppstår det stadig ulykker når personer oppholder seg slike steder. Gjennom gjæringsprosesser oppstår det betydelige mengder karbondioksid, ved gjæring av for eksempel én liter eplemost oppstår om lag 50 liter gjæringsgass. Ofte blir flere mennesker offer for en gjærgassforgifting fordi hjelperen under et redningsforsøk selv puster inn karbondioksid og bli bevisstløs. Redningen av et offer i situasjoner med høy karbondioksidkonsentrasjon er bare mulig for profesjonelt redningspersonell med uavhengig åndedrettsvern.

Hvis tilstrekkelig ventilasjon ikke er tilstede, er naturlige konsentrasjoner av luften ofte formet av naturlig karbondioksidkilder i grotter og gruveganger. For eksempel har den italienske grotten Grotta del Cane (hundegrotten) en karbondioksidkonsentrasjon på cirka 70 %.

Karbondioksidkonsentrasjonen i blodet påvirker dets pH-verdi og således har det en indirekte virkning på oksygenbalansen. Bikarbonat-buffersystemet, som er et karbonsyre-hydrogenkarbonat-buffer, utgjør omtrent 50 % av den totale bufferkapasiteten til blodet, som katalyseres av enzymet karbonsyreanhydrase.

Ved lavere pH-verdien vil dets oksygenbindendekapasitet avta. Ved det samme oksygeninnholdet i luften transport hemoglobin mindre oksygen. De såkalte bohreffekten og haldaneeffekten beskriver disse situasjonene. En høy konsentrasjon av karbondioksid er også skadelig for planter. Som en indikatorplante brukes som mais, etter seks dagers eksponering med et karbondioksidnivå på 10 000 ppm får striper på bladene.

Planter og fotosyntetiske bakterier absorbere karbondioksid fra atmosfæren og omdanner den ved fotosyntese under påvirkning av lys og absorpsjon av vann, til i karbohydrater som glukose. Denne prosessen skjer frittgjør oksygen fra dekomposisjon av vann. De resulterende karbohydrater tjener som energikilder og byggemateriale for alle andre biokjemiske stoffer som polysakkarid, nukleinsyreer og proteiner. Karbondioksid gir dermed råstoff for dannelsen av all biomasse i primærproduksjon til økosystemene.

Nedbrytning av biomasse etter celleånding er en reversering av prosessen med fotosyntese, med dannelse av karbondioksid og forbruk av oksygen. Som et eksempel har utåndingsluften fra et menneske et CO2-innhold på cirka 4 %. Alle organismer i et økosystem ånder kontinuerlig, og er dermed avhengig av fotosyntesen som igjen er avhengig av tilgjengeligheten av lys. Dette fører til syklisk økning og reduksjon av karbondioksid i daglige og sesongmessige rytmer, avhengig av forskjellige lysintensitet.

I vann varierer også karbondioksidkonsentrasjonen i henhold til døgn- og årsrytmer. Karbondioksid og andre oppløste karbondsyrestoffer er i kjemisk likevekt, dette bestemmer det fremherskende pH-nivået i vannet i betydelig grad. Det kjemiske likevektsnivået av dissosiasjonen av ammonium/ammoniakk, nitritt/salpetersyrling, sulfid/hydrogensulfid er igjen avhengig av pH-nivået. Sammensetningen av disse stoffene avgjør giftigheten for organismene som lever i vann.

Dersom karbondioksid er oppbrukt ved fotosyntese i vannet, noe som indikeres av en pH-verdi nær 8,3, er noen arter av alger og vannplanter i stand til å utvinne den ønskede karbondioksid fra oppløste hydrogenkarbonat, slik at hydroksidioner frigjøres og gjør pH-nivået mer alkalisk. I næringsrike vann som karpedammer kan pH-verdien stige til 12, med tilhørende helsemessige konsekvenser for fisken, for eksempel kjertelnekrose hos karpefisk.

Forskere ved Senckenberg Biodiversität und Klima Forschungszentrum hadde i 2012 en felles studie med andre institusjoner, beregnet at sporeplanter, altså lag av lav, alger og mose ved siden av nitrogen, binder cirka 14 milliarder tonn karbondioksid årlig. De binder like mye karbondioksid som det slippes årlig ut av skogbranner og brenning av biomasse over hele verden. Det er imidlertid ikke mulig å bekjempe klimaendringer ved hjelp av lag av sporeplanter, siden denne to-dimensjonale vegetasjonen lagrer klimagassen karbondioksid bare for noen få år.

En betydning lagring og frigjøring av karbondioksid skjer i jord. Hvor sterk frigjøringen av organisk bundet karbon fra jord er påvirket av de respektive miljøforhold og andre faktorer. Dette er for tiden i stor grad ukjent. Frigjøringen er imidlertid akselerert ved oppvarming, noe som har vært påvist i nyere studier og som kan ha en effekt på klimaet. Ved å indikere størrelsen av CO2-utslippene kan ulike prosesser bli sammenlignbare rent energimessig og økologisk. Disse vil bli konvertert til utslipp av karbondioksid fra fossile brensler.

En enkel påvisning av karbondioksid er oppnådd med en vandig kalsiumhydroksidoppløsning. For dette formål blir gassen som skal undersøkes innført i oppløsningen. Inneholder gassen karbondioksid, reagerer den med kalsiumhydroksid til vann og kalsium (kalk), som utfelles som et hvitt, fast stoff og oppløsningen blir uklar.

Med barytvann, en oppløsning i vann med bariumhydroksid blir testen mer sensitive, ettersom bariumkarbonat er mindre oppløselig enn kalsiumkarbonat.

I vandig oppløsning er karbondioksid titrering med 0,1 N Natronlut til pH-verdien 8,3, fargeforskyvningen av indikatoren fenolftalein. Målingen av syrebindende kapasitet, pH-nivå og elektriske ledningsevne, eller ionestyrken tillater beregning av karbondioksidinnholdet fra disse parameterne som følge av dissosiasjonlikevekt av karbonsyre.

Severinghaus-elektroden er en pH-elektrode med en bufferløsning av natrium, bestemmer karbondioksidkonsentrasjonen av en løsning ved å måle pH-forandring.

Karbondioksid kan etter infrarød- eller Raman-spektroskopi, hvorved de asymmetriske strekkervibrasjonene samt vippevibrasjoner er infrarød-aktive, mens det symmetriske strekkevibrasjonen er Raman-aktivt ved et bølgetall på 1480 cm−1 Raman-aktiv. Instrumentet som brukes til dette kalles NDIR-sensor (non-dispersive infrared sensor).

(en) Carbon dioxide – galleri av bilder, video eller lyd på Wikimedia Commons

Axial compressor

An axial compressor is a compressor that can continuously pressurise gases. It is a rotating, airfoil-based compressor in which the gas or working fluid principally flows parallel to the axis of rotation, or axially. This differs from other rotating compressors such as centrifugal compressors, axi-centrifugal compressors and mixed-flow compressors where the fluid flow will include a “radial component” through the compressor. The energy level of the fluid increases as it flows through the compressor due to the action of the rotor blades which exert a torque on the fluid. The stationary blades slow the fluid, converting the circumferential component of flow into pressure. Compressors are typically driven by an electric motor or a steam or a gas turbine.

Axial flow compressors produce a continuous flow of compressed gas, and have the benefits of high efficiency and large mass flow rate, particularly in relation to their size and cross-section. They do, however, require several rows of airfoils to achieve a large pressure rise, making them complex and expensive relative to other designs (e.g. centrifugal compressors).

Axial compressors are integral to the design of large gas turbines such as jet engines, high speed ship engines, and small scale power stations. They are also used in industrial applications such as large volume air separation plants, blast furnace air, fluid catalytic cracking air, and propane dehydrogenation. Due to high performance, high reliability and flexible operation during the flight envelope, they are also used in aerospace engines.

Axial compressors consist of rotating and stationary components. A shaft drives a central drum, retained by bearings, which has a number of annular airfoil rows attached usually in pairs, one rotating and one stationary attached to a stationary tubular casing. A pair of rotating and stationary airfoils is called a stage. The rotating airfoils, also known as blades or rotors, accelerate the fluid. The stationary airfoils, also known as stators or vanes, convert the increased rotational kinetic energy into static pressure through diffusion and redirect the flow direction of the fluid, preparing it for the rotor blades of the next stage. The cross-sectional area between rotor drum and casing is reduced in the flow direction to maintain an optimum Mach number using variable geometry as the fluid is compressed.

As the fluid enters and leaves in the axial direction, the centrifugal component in the energy equation does not come into play. Here the compression is fully based on diffusing action of the passages.The diffusing action in stator converts absolute kinetic head of the fluid into rise in pressure. The relative kinetic head in the energy equation is a term that exists only because of the rotation of the rotor. The rotor reduces the relative kinetic head of the fluid and adds it to the absolute kinetic head of the fluid i.e., the impact of the rotor on the fluid particles increases its velocity (absolute) and thereby reduces the relative velocity between the fluid and the rotor. In short, the rotor increases the absolute velocity of the fluid and the stator converts this into pressure rise. Designing the rotor passage with a diffusing capability can produce a pressure rise in addition to its normal functioning. This produces greater pressure rise per stage which constitutes a stator and a rotor together. This is the reaction principle in turbomachines. If 50% of the pressure rise in a stage is obtained at the rotor section, it is said to have a 50% reaction.

The increase in pressure produced by a single stage is limited by the relative velocity between the rotor and the fluid, and the turning and diffusion capabilities of the airfoils. A typical stage in a commercial compressor will produce a pressure increase of between 15% and 60% (pressure ratios of 1.15–1.6) at design conditions with a polytropic efficiency in the region of 90–95%. To achieve different pressure ratios, axial compressors are designed with different numbers of stages and rotational speeds. As a rule of thumb we can assume that each stage in a given compressor has the same temperature rise (Delta T). Therefore, at the entry, temperature (Tstage) to each stage must increase progressively through the compressor and the ratio (Delta T)/(Tstage) entry must decrease, thus implying a progressive reduction in stage pressure ratio through the unit. Hence the rear stage develops a significantly lower pressure ratio than the first stage. Higher stage pressure ratios are also possible if the relative velocity between fluid and rotors is supersonic, but this is achieved at the expense of efficiency and operability. Such compressors, with stage pressure ratios of over 2, are only used where minimizing the compressor size, weight or complexity is critical, such as in military jets. The airfoil profiles are optimized and matched for specific velocities and turning. Although compressors can be run at other conditions with different flows, speeds, or pressure ratios, this can result in an efficiency penalty or even a partial or complete breakdown in flow (known as compressor stall and pressure surge respectively). Thus, a practical limit on the number of stages, and the overall pressure ratio, comes from the interaction of the different stages when required to work away from the design conditions. These “off-design” conditions can be mitigated to a certain extent by providing some flexibility in the compressor. This is achieved normally through the use of adjustable stators or with valves that can bleed fluid from the main flow between stages (inter-stage bleed). Modern jet engines use a series of compressors, running at different speeds; to supply air at around 40:1 pressure ratio for combustion with sufficient flexibility for all flight conditions.

The law of moment of momentum states that the sum of the moments of external forces acting on a fluid which is temporarily occupying the control volume is equal to the net change of angular momentum flux through the control volume.

The swirling fluid enters the control volume at radius,






r



1







{\displaystyle r_{1}\,}


, with tangential velocity,






V



w


1







{\displaystyle V_{w1}\,}


, and leaves at radius,






r



2







{\displaystyle r_{2}\,}


, with tangential velocity,






V



w


2







{\displaystyle V_{w2}\,}


.

Rate of change of momentum, F is given by the equation:

Power consumed by an ideal moving blade, P is given by the equation:

Change in enthalpy of fluid in moving blades:

Therefore,

which implies,

Isentropic compression in rotor blade,

Therefore,

which implies

Degree of Reaction, The pressure difference between the entry and exit of the rotor blade is called reaction pressure. The change in pressure energy is calculated through degree of reaction.

Therefore,

A nonlinear model is developed to predict the transient response of a compression system subsequent to a perturbation from steady operating conditions. It is found that for the system investigated there is an important nondimensional parameter on which this response depends. Whether this parameter is above or below a critical value determines which mode of compressor instability, rotating stall or surge, will be encountered at the stall line. Representation of the performance characteristics of axial compressor can be done by following parameters:

Axial compressors, particularly near design conditions are, on the whole, amenable to analytical treatment, and usually a good estimate of their performance can be made before they are run. Away from the design points, the performances are conveniently thought of in terms of the overall characteristics of pressure-rises, temperature-rises, and efficiencies plotted against mass-flows.

we can determine performance of axial compressor

Difference between the ideal and actual curve arises due to stage loss. Stages losses in compressor are mainly due to blade friction, flow separation, unsteady flow and vane-blade spacing.

The performance of a compressor is defined according to its design. But in actual practice, the operating point of the compressor deviates from the design- point which is known as off-design operation.





ψ



=


ϕ



(


tan







α




2








tan







α




1




)





{\displaystyle \psi =\phi (\tan \alpha _{2}-\tan \alpha _{1})\,}


 

 

 

 

(1)





tan







α




2




=




1


ϕ









tan







β




2







{\displaystyle \tan \alpha _{2}={\frac {1}{\phi }}-\tan \beta _{2}\,}


 

 

 

 

(2)

from equation (1) and (2)

The value of





(


tan







β




2




+


tan







α




1




)





{\displaystyle (\tan \beta _{2}+\tan \alpha _{1})\,}


doesn’t change for a wide range of operating points till stalling. Also






α




1




=



α




3







{\displaystyle \alpha _{1}=\alpha _{3}\,}


because of minor change in air angle at rotor and stator, where






α




3







{\displaystyle \alpha _{3}\,}


is diffuser blade angle.

Representing design values with (‘)










ψ










=


1






J


(



ϕ







)







J





=





1







ψ









ϕ















{\displaystyle {\begin{aligned}\psi ‘&=1-J(\phi ‘)\,\\J&={\frac {1-\psi ‘}{\phi ‘}}\end{aligned}}}


 

 

 

 

(3)

for off-design operations (from eq. 3):

for positive values of J, slope of the curve is negative and vice versa.

In the plot of pressure-flow rate the line separating graph between two regions- unstable and stable is known as the surge line. This line is formed by joining surge points at different rpms. Unstable flow in axial compressors due to complete breakdown of the steady through flow is termed as surging. This phenomenon affects the performance of compressor and is undesirable.

Suppose the initial operating point D (








m


˙






,



P



D







{\displaystyle {\dot {m}},P_{D}\,}


) at some rpm N. On decreasing the flow- rate at same rpm along the characteristic curve by partial closing of the valve, the pressure in the pipe increases which will be taken care by increase in input pressure at the compressor. Further increase in pressure till point P (surge point), compressor pressure will increase. Further moving towards left keeping rpm constant, pressure in pipe will increase but compressor pressure will decrease leading to back air-flow towards the compressor. Due to this back flow, pressure in pipe will decrease because this unequal pressure condition cannot stay for a long period of time. Though valve position is set for lower flow rate say point G but compressor will work according to normal stable operation point say E, so path E-F-P-G-E will be followed leading to breakdown of flow, hence pressure in the compressor falls further to point H(






P



H







{\displaystyle P_{H}\,}


). This increase and decrease of pressure in pipe will occur repeatedly in pipe and compressor following the cycle E-F-P-G-H-E also known as the surge cycle.

This phenomenon will cause vibrations in the whole machine and may lead to mechanical failure. That is why left portion of the curve from the surge point is called unstable region and may cause damage to the machine. So the recommended operation range is on the right side of the surge line.

Stalling is an important phenomenon that affects the performance of the compressor. An analysis is made of rotating stall in compressors of many stages, finding conditions under which a flow distortion can occur which is steady in a traveling reference frame, even though upstream total and downstream static pressure are constant. In the compressor, a pressure-rise hysteresis is assumed. It is a situation of separation of air flow at the aero-foil blades of the compressor. This phenomenon depending upon the blade-profile leads to reduced compression and drop in engine power.

Negative stall is negligible compared to the positive stall because flow separation is least likely to occur on the pressure side of the blade.

In a multi-stage compressor, at the high pressure stages, axial velocity is very small. Stalling value decreases with a small deviation from the design point causing stall near the hub and tip regions whose size increases with decreasing flow rates. They grow larger at very low flow rate and affect the entire blade height. Delivery pressure significantly drops with large stalling which can lead to flow reversal. The stage efficiency drops with higher losses.

Non-uniformity of air flow in the rotor blades may disturb local air flow in the compressor without upsetting it. The compressor continues to work normally but with reduced compression. Thus, rotating stall decreases the effectiveness of the compressor.

In a rotor with blades moving say towards right. Let some blades receives flow at higher incidence, this blade will stop positively. It creates obstruction in the passage between the blade to its left and itself. Thus the left blade will receive the flow at higher incidence and the blade to its right with decreased incidence. The left blade will experience more stall while the blade to its right will experience lesser stall. Towards the right stalling will decrease whereas it will increase towards its left. Movement of the rotating stall can be observed depending upon the chosen reference frame.

Early axial compressors offered poor efficiency, so poor that in the early 1920s a number of papers claimed that a practical jet engine would be impossible to construct. Things changed after A. A. Griffith published a seminal paper in 1926, noting that the reason for the poor performance was that existing compressors used flat blades and were essentially “flying stalled”. He showed that the use of airfoils instead of the flat blades would increase efficiency to the point where a practical jet engine was a real possibility. He concluded the paper with a basic diagram of such an engine, which included a second turbine that was used to power a propeller.

Although Griffith was well known due to his earlier work on metal fatigue and stress measurement, little work appears to have started as a direct result of his paper. The only obvious effort was a test-bed compressor built by Hayne Constant, Griffith’s colleague at the Royal Aircraft Establishment. Other early jet efforts, notably those of Frank Whittle and Hans von Ohain, were based on the more robust and better understood centrifugal compressor which was widely used in superchargers. Griffith had seen Whittle’s work in 1929 and dismissed it, noting a mathematical error, and going on to claim that the frontal size of the engine would make it useless on a high-speed aircraft.

Real work on axial-flow engines started in the late 1930s, in several efforts that all started at about the same time. In England, Hayne Constant reached an agreement with the steam turbine company Metropolitan-Vickers (Metrovick) in 1937, starting their turboprop effort based on the Griffith design in 1938. In 1940, after the successful run of Whittle’s centrifugal-flow design, their effort was re-designed as a pure jet, the Metrovick F.2. In Germany, von Ohain had produced several working centrifugal engines, some of which had flown including the world’s first jet aircraft (He 178), but development efforts had moved on to Junkers (Jumo 004) and BMW (BMW 003), which used axial-flow designs in the world’s first jet fighter (Messerschmitt Me 262) and jet bomber (Arado Ar 234). In the United States, both Lockheed and General Electric were awarded contracts in 1941 to develop axial-flow engines, the former a pure jet, the latter a turboprop. Northrop also started their own project to develop a turboprop, which the US Navy eventually contracted in 1943. Westinghouse also entered the race in 1942, their project proving to be the only successful one of the US efforts, later becoming the J30.

By the 1950s every major engine development had moved on to the axial-flow type. As Griffith had originally noted in 1929, the large frontal size of the centrifugal compressor caused it to have higher drag than the narrower axial-flow type. Additionally the axial-flow design could improve its compression ratio simply by adding additional stages and making the engine slightly longer. In the centrifugal-flow design the compressor itself had to be larger in diameter, which was much more difficult to “fit” properly on the aircraft. On the other hand, centrifugal-flow designs remained much less complex (the major reason they “won” in the race to flying examples) and therefore have a role in places where size and streamlining are not so important. For this reason they remain a major solution for helicopter engines, where the compressor lies flat and can be built to any needed size without upsetting the streamlining to any great degree.

In the jet engine application, the compressor faces a wide variety of operating conditions. On the ground at takeoff the inlet pressure is high, inlet speed zero, and the compressor spun at a variety of speeds as the power is applied. Once in flight the inlet pressure drops, but the inlet speed increases (due to the forward motion of the aircraft) to recover some of this pressure, and the compressor tends to run at a single speed for long periods of time.

There is simply no “perfect” compressor for this wide range of operating conditions. Fixed geometry compressors, like those used on early jet engines, are limited to a design pressure ratio of about 4 or 5:1. As with any heat engine, fuel efficiency is strongly related to the compression ratio, so there is very strong financial need to improve the compressor stages beyond these sorts of ratios.

Additionally the compressor may stall if the inlet conditions change abruptly, a common problem on early engines. In some cases, if the stall occurs near the front of the engine, all of the stages from that point on will stop compressing the air. In this situation the energy required to run the compressor drops suddenly, and the remaining hot air in the rear of the engine allows the turbine to speed up[citation needed] the whole engine dramatically. This condition, known as surging, was a major problem on early engines and often led to the turbine or compressor breaking and shedding blades.

For all of these reasons, axial compressors on modern jet engines are considerably more complex than those on earlier designs.

All compressors have an optimum point relating rotational speed and pressure, with higher compressions requiring higher speeds. Early engines were designed for simplicity, and used a single large compressor spinning at a single speed. Later designs added a second turbine and divided the compressor into low-pressure and high-pressure sections, the latter spinning faster. This two-spool design, pioneered on the Bristol Olympus, resulted in increased efficiency. Further increases in efficiency may be realised by adding a third spool, but in practice the added complexity increases maintenance costs to the point of negating any economic benefit. That said, there are several three-spool engines in use, perhaps the most famous being the Rolls-Royce RB211, used on a wide variety of commercial aircraft.

As an aircraft changes speed or altitude, the pressure of the air at the inlet to the compressor will vary. In order to “tune” the compressor for these changing conditions, designs starting in the 1950s would “bleed” air out of the middle of the compressor in order to avoid trying to compress too much air in the final stages. This was also used to help start the engine, allowing it to be spun up without compressing much air by bleeding off as much as possible. Bleed systems were already commonly used anyway, to provide airflow into the turbine stage where it was used to cool the turbine blades eco friendly reusable water bottles, as well as provide pressurized air for the air conditioning systems inside the aircraft.

A more advanced design, the variable stator, used blades that can be individually rotated around their axis, as opposed to the power axis of the engine. For startup they are rotated to “closed”, reducing compression, and then are rotated back into the airflow as the external conditions require. The General Electric J79 was the first major example of a variable stator design, and today it is a common feature of most military engines.

Closing the variable stators progressively, as compressor speed falls, reduces the slope of the surge (or stall) line on the operating characteristic (or map), improving the surge margin of the installed unit. By incorporating variable stators in the first five stages, General Electric Aircraft Engines has developed a ten-stage axial compressor capable of operating at a 23:1 design pressure ratio.

The relative motion of the blades to the fluid adds velocity or pressure or both to the fluid as it passes through the rotor. The fluid velocity is increased through the rotor, and the stator converts kinetic energy to pressure energy. Some diffusion also occurs in the rotor in most practical designs.

The increase in velocity of the fluid is primarily in the tangential direction (swirl) and the stator removes this angular momentum.

The pressure rise results in a stagnation temperature rise. For a given geometry the temperature rise depends on the square of the tangential Mach number of the rotor row. Current turbofan engines have fans that operate at Mach 1.7 or more, and require significant containment and noise suppression structures to reduce blade loss damage and noise.

A map shows the performance of a compressor and allows determination of optimal operating conditions. It shows the mass flow along the horizontal axis, typically as a percentage of the design mass flow rate, or in actual units. The pressure rise is indicated on the vertical axis as a ratio between inlet and exit stagnation pressures.

A surge or stall line identifies the boundary to the left of which the compressor performance rapidly degrades and identifies the maximum pressure ratio that can be achieved for a given mass flow. Contours of efficiency are drawn as well as performance lines for operation at particular rotational speeds.

Operating efficiency is highest close to the stall line. If the downstream pressure is increased beyond the maximum possible the compressor will stall and become unstable.

Typically the instability will be at the Helmholtz frequency of the system, taking the downstream plenum into account.

Choia

Choia is a genus of extinct demosponge ranging from the Cambrian until the Lower Ordovician periods. Fossils of Choia have been found in the Burgess Shale in British Columbia; the Maotianshan shales of China; the Wheeler Shale in Utah buy goalkeeper gloves; and the Lower Ordovician Fezouata formation.

Choia was originally thought to be not attached to the sea bed: the living animal was originally thought to rest directly on the substrate football grip socks, with the radiating spines from the edge of its flattish refilling water bottles, conical body, giving an appearance not unlike that of the peak of a big top baseball socks wholesale, with guy lines. Recently discovered fossils from Lower Ordovician Morocco show that the living animal was actually suspended high above the seafloor, attached via stalk-like spines derived from spicules. Water is assumed to have entered the sponge parallel to the spines, being expelled, presumably, from a central opening. Species reached up to an average of 28 mm in diameter.

127 specimens of Choia are known from the Greater Phyllopod bed, where they comprise 0.2% of the community.

White, White Dove

White, White Dove” is a song by British rock band Steve Harley & Cockney Rebel, released as the second and final single from the band’s 1976 album Timeless Flight. “White, White Dove” was written and produced solely by Harley.

Although the Timeless Flight album was a Top 20 success, “White, White Dove”, like the lead single “Black or White”, failed to make an appearance in the UK Top 50 Chart. This was despite the song gaining an enthusiastic response from EMI Records, and receiving sufficient airplay. However, “White, White Dove” did reach #6 on the BMRB’s UK Breakers chart on 13 March 1976 (which would be equal to #56 on the UK Singles Chart, at a time when the national singles chart only ran to the Top 50).

The song, like the entire Timeless Flight album, was remixed and cut at EMI Studios, Abbey Road, London. The song featured Lindsay Elliott, drummer Stuart Elliott’s younger brother on congas.

The single was released via 7″ vinyl through EMI Records in the UK, Germany, Belgium and Portugal only. A UK promotional demo copy/DJ copy of the single was also released.

The single featured the B-Side “Throw Your Soul Down Here”, which was written and produced by Harley. The track was exclusive to the single and remained that way for many years until 1991, when it was added as a bonus track onto the EMI CD release of the Timeless Flight album. It was recorded after the Timeless Flight sessions at AIR Studios. It featured Herbie Flowers on double bass, and B. A. Robertson on piano. One of Harley’s popular B-Sides, it has since been performed live.

The UK release had no artwork and was issued in a generic company sleeve instead, while all other releases featured a full colour picture sleeve. The German release had a similar artwork design to the Timeless Flight album, with the major difference being the use of a yellow background instead of a pale colour. The Belgian release featuring a photograph of Harley on stage, whilst the Portuguese release featured a photograph of the original Cockney Rebel group, who parted from Harley in 1974 and therefore were not the same line-up to the band who performed “White, White Dove” or the Timeless Flight album.

Following the original release, “White, White Dove” has appeared on various Steve Harley & Cockney Rebel compilations, including the 1996 Dutch EMI compilations Premium Gold Collection, and The Best Of Steve Harley & Cockney Rebel, as well as the 1996 EMI Gold release The Cream of Steve Harley & Cockney Rebel and 2008 EMI Gold release The Best of Steve Harley and Cockney Rebel.

In the UK, the song was performed live on the ITV music programme Supersonic, and this performance has since been unofficially uploaded onto YouTube.

Dave Thompson of Allmusic spoke of the song in a review of the EMI Gold 2008 compilation The Best of Steve Harley and Cockney Rebel. In the review, he stated “The real meat, however, lies among the excerpted album cuts, as the compilers treat all seven original Harley/Cockney Rebel LPs with more or less equal respect – many fans would have drawn a line after the first three wholesale socks usa. But “White White Dove,” “Roll the Dice,” and the like all deserve a fresh hearing.”

In the UK magazine Street Life of February 1976, a review of the album stated “Both guitarist Jim Cregan and keyboards man Duncan Mackay are musicians of considerable maturity and sophistication. Professionals with consummate flair and good taste, and the loose-limbed structure of the eight songs here gives them ample opportunity to display as much; there’s no denying Harley isn’t generous in this respect. Cregan himself plays electric solos on “Red is a Mean, Mean Colour” and the funk-bubbling “White, White Dove”.”

In the High Pop: The Irish Times Column 1970-1976, by Stewart Parker, the author mentioned the song when reviewing the Timeless Flight album, stating “…The second track, ‘White White Dove’, is by contrast aimless and tuneless.”

In the American Evening Times newspaper (serving Little Falls refilling water bottles, New York) of 3 March 1976, saw a review of the single under the “Sounds of the Times” section. The author Graham Scott stated “Steve Harley can always be relied upon to come up with something original, and he’s done it again with his latest release, a track from Cockney Rebel’s “Timeless Flight” album called “White White Dove.” I understand it’s based on the Stones’ “Sympathy for the Devil,” with Steve’s lyrics added. What it’s all about I’m not sure, but the music’s certainly good.”

In the American The Miami News newspaper of 28 May 1976, a review of the Timesless Flight album spoke of the song in contrast to the album’s theme, with music critic author John Marlowe stating “…What it is, though, is a fine record that shows Harley obsessed with cabaret and color this time out as evidence the title – “Red is a Mean, Mean Color”, “White White Dove”, and “Black or White”.”

In October 2003, Martin Aston reviewed the album in Q Magazine, and stated “Timeless Flight bears plenty of Harley’s melodic hallmarks, but some complex tripwires keep popping up: White, White Dove’s borderline-poppy chorus is scuppered by skittish, borderline-jazz rock flourishes.”

George Starostin reviewed the Timeless Flight album for his website and spoke of the song, highlighting the song as the best track on the album and stating “Harley’s newly-found love for funky rhythms is amply demonstrated on ‘White White Dove’, Harley’s weird ode to Rosicrucians, of all people, with a very nice transition from the harsh funky verses to the pompous brass-filled poppy chorus and, again, an excellent processed guitar solo from Cregan at the end germany football shirt. So I guess it’s the only number on the entire record that shows some ambition where melody and complexity are concerned, and, predictably, becomes my favourite song.”

Modou Sougou

Pape Amodou Sougou est un footballeur international sénégalais, né le 18 décembre 1984 à Fissel. Il évolue au poste d’attaquant à Sheffield Wednesday. Il est également de nationalité portugaise.

Après avoir commencé le football au Sénégal, Modou Sougou rejoint le championnat du Portugal et l’União Leiria, en 2004, à l’âge de 19 ans.

La première année, il joue relativement peu, seulement 8 matchs, et au bout d’un an, il rejoint le Vitoria Setubal où il gagne du temps de jeu. Il joue 35 matchs dont 27 en championnat. Il y joue également ses deux premiers matchs européens en Ligue Europa.

Un an plus tard, il revient à l’União Leiria où il reste deux ans et s’affirme comme un titulaire à part entière. Il y joue 50 matchs et marque ses premiers buts depuis son arrivée sur le continent européen. Il marque son premier but européen lors d’un match de Coupe Intertoto.

Il rejoint ensuite l’Academica Coimbra où il s’impose comme un titulaire en puissance et marque régulièrement refilling water bottles. Il y reste trois saisons avant de rejoindre la Roumanie. Au total, il aura disputé 152 matchs en 1re division portugaise pour 24 buts.

En 2011, il rejoint le club roumain de Cluj pour environ 300 000€. Dès sa première saison fabric pill shaver, il remporte notamment le championnat de Roumanie.

Il participe aussi à la phase de poule de la Ligue des champions 2012-2013, compétition au cours de laquelle il marque 1 but et délivre 4 passes décisives.

Lors de la saison 2012-2013, il est transféré à l’Olympique de Marseille pour un montant avoisinant 3M€. A Marseille, il marque dès sa première titularisation en Coupe de France face à Rouen. Le 3 mars 2013, il entre en jeu à la 72e minute et contribue à la victoire 2-1 de Marseille sur Troyes en délivrant deux passes décisives à André-Pierre Gignac et Nicolas N’Koulou. Mais sa première demi-saison est quelque peu décevante, avec 16 apparitions dont 5 titularisations, pour 1 but et 2 passes décisives.

Le 7 août 2013, l’Olympique de Marseille officialise un accord pour le prêt (sans option d’achat) de l’attaquant sénégalais à Évian Thonon Gaillard jusqu’à la fin de la saison 2013-2014. Dix jours plus tard, il joue son premier match contre l’OM en entrant en jeu à 27 minutes de la fin. Il marque son premier but avec le club savoyard le 21 septembre, contre Montpellier (2-2). Le 4 décembre, il marque contre le Paris SG lors d’une victoire 2 à 0. Le 12 janvier 2014, il inscrit son quatrième et dernier but face au club auquel il appartient, l’Olympique de Marseille mais ne peut empêcher une défaite 1-2.

Le 1er septembre 2014, il est de nouveau prêté au club savoyard pour la saison. Il doit attendre le 7 mars 2015 pour marquer son premier but de la saison contre Monaco (1-3) takeya modern glass water bottle. Au terme de celle-ci, le club est relégué en Ligue 2 en terminant 18e du championnat.

Le 4 août 2015, l’Olympique de Marseille libère Modou Sougou afin qu’il s’engage avec Sheffield Wednesday, alors en deuxième division anglaise, pour deux saisons.

Il connaît sa première sélection avec le Sénégal en 2007 alors qu’il joue au Uniao Leiria.

Modou Sougou participe à la Coupe d’Afrique des nations 2008 avec l’équipe du Sénégal. Il marque son premier but en sélections le 28 septembre 2008 face à l’Algérie.

Il joue plusieurs matchs lors des qualifications pour les coupe du monde 2010 et 2014.

Avec le Vitória Setubal, il est finaliste de la Supercoupe du Portugal 2005, battu par le Benfica Lisbonne 1-0 avant d’être également finaliste de la Coupe du Portugal 2006 battu 1-0 par le FC Porto.

Avec le CFR Cluj, il est Champion de Roumanie 2012 et s’incline en finale de la Supercoupe de Roumanie 2012 face au FC Dinamo Bucarest lors de la séance de tirs aux buts.

Il est vice-champion de France lors de la saison 2012-2013 avec l’Olympique de Marseille.

Lors de son transfert à Marseille, il est décrit par les dirigeants marseillais de la façon suivante : « On a vu contre Montpellier qu’il nous manquait un accélérateur, un joueur capable d’apporter de la vitesse, de dynamiter une défense. Sougou, c’est l’ensemble de ces qualités. Cela fait plusieurs années qu’on le suit. Si on devait le définir, disons qu’il se situerait quelque part entre Gervinho et Mamadou Niang.&nbsp best shaver for balls