Ученые нашли способ превратить повседневные выбросы углекислого газа в полезное химическое вещество. Фото: Shutterstock
Выхлопные газы домашних печей, каминов и промышленных объектов выбрасывают в воздух углекислый газ (CO2), что способствует загрязнению окружающей среды. Ученые, опубликовавшие статью в ACS Energy Letters, разработали новый тип электрода, предназначенный для решения этой проблемы путем улавливания CO2 непосредственно из воздуха и превращения его в полезное химическое вещество, называемое муравьиной кислотой. В ходе тестирования система превзошла существующие электродные технологии при воздействии имитируемых дымовых газов и при работе с уровнями CO2, аналогичными атмосферным.
«Эта работа показывает, что улавливание и конверсию углерода не обязательно рассматривать как отдельные этапы. Объединив обе функции в одном электроде, мы продемонстрировали более простой способ утилизации CO2 в реальных газовых условиях», — объясняет Вонйонг Чой, автор-корреспондент исследования.
Почему преобразование CO2 было таким сложным
Удаление углекислого газа из воздуха может показаться простым делом, особенно если учесть, что растения делают это естественным образом. Более сложная задача заключается в преобразовании улавливаемого газа во что-то полезное, что является необходимым шагом для широкого внедрения технологий улавливания углерода. В реальных промышленных выхлопных газах CO2 обычно смешивается с другими газами, включая азот и кислород. Большинство существующих систем конверсии эффективно работают только тогда, когда углекислый газ уже отделен и концентрирован, что ограничивает их практичность.
Чтобы преодолеть это препятствие, Донглай Пан, Мен Хван О, Вонен Чой и их коллеги решили создать систему, которая могла бы работать в реальных условиях. Их целью было создать устройство, способное работать с дымовыми газами по мере их образования и превращать даже небольшое количество улавливаемого CO2 в ценный продукт.
Внутри трехслойного электрода
Исследовательская группа разработала электрод, который позволяет газу проходить через него, улавливать углекислый газ и одновременно преобразовывать его. Устройство состоит из трех слоев: материала, улавливающего CO2, листа газопроницаемой копировальной бумаги и каталитического слоя оксида олова (IV). Вместе эти компоненты обеспечивают прямое превращение газообразного диоксида углерода в муравьиную кислоту.
Муравьиная кислота является важным химическим веществом, используемым в различных областях применения, включая топливные элементы и другие промышленные процессы. Ее получение непосредственно из выхлопных газов может сделать повторное использование углерода более практичным и экономически эффективным.
Высокие результаты в реальных условиях
При испытании с использованием чистого CO2 новый электрод показал эффективность, примерно на 40% превышающую эффективность существующих электродов для преобразования углерода в аналогичных лабораторных условиях. Преимущество стало еще более очевидным, когда исследователи использовали имитацию дымовых газов, содержащих 15% CO2, 8% кислорода и 77% азота. В этих условиях новая система продолжала выделять значительное количество муравьиной кислоты, в то время как другие технологии производили очень мало.
Электрод также оказался способным улавливать углекислый газ в концентрациях, аналогичных атмосферным, что свидетельствует о его способности функционировать в окружающем воздухе. По мнению исследователей, этот подход открывает многообещающий путь к внедрению технологии улавливания углерода в реальные промышленные приложения. Они также предполагают, что аналогичные разработки в конечном итоге могут быть адаптированы для улавливания и преобразования других парниковых газов, включая метан.
Авторы отмечают финансирование со стороны Национального исследовательского фонда Кореи.