Исследователи продемонстрировали, как углекислый газ может улавливаться в ходе промышленных процессов — или даже непосредственно из воздуха — и превращаться в чистое, устойчивое топливо, используя только энергию солнца.

Исследователи из Кембриджского университета разработали реактор на солнечной энергии, который преобразует улавливаемый CO2 и пластиковые отходы в экологически чистое топливо и другие ценные химические продукты. В ходе испытаний CO2 был преобразован в синтез-газ, ключевой строительный материал для экологически чистого жидкого топлива, а пластиковые бутылки были преобразованы в гликолевую кислоту, которая широко используется в косметической промышленности.

Однако, в отличие от предыдущих тестов своей технологии использования солнечного топлива, команда брала CO2 из реальных источников — таких как промышленные выхлопные газы или сам воздух. Исследователи смогли улавливать и концентрировать CO2 и превращать его в экологически чистое топливо.

Хотя необходимы усовершенствования, прежде чем эту технологию можно будет использовать в промышленных масштабах, результаты, опубликованные в журнале Joule, представляют собой еще один важный шаг на пути к производству экологически чистого топлива для обеспечения экономики без необходимости разрушительной для окружающей среды добычи нефти и газа.

В течение нескольких лет исследовательская группа профессора Эрвина Рейснера, базирующаяся на химическом факультете университета Юсуфа Хамида, разрабатывала экологически чистое топливо с нулевым содержанием углерода, вдохновленное фотосинтезом — процессом, посредством которого растения преобразуют солнечный свет в пищу, — используя искусственные листья. Эти искусственные листья преобразуют CO2 и воду в топливо, используя только энергию солнца.

На сегодняшний день в их экспериментах с использованием солнечной энергии использовался чистый концентрированный CO2 из баллона, но для практического применения технологии необходимо, чтобы она могла активно улавливать CO2 в промышленных процессах или непосредственно из воздуха. Однако, поскольку CO2 является лишь одним из многих типов молекул в воздухе, которым мы дышим, создание этой технологии, достаточно селективной для преобразования сильно разбавленного CO2, является огромной технической задачей.

«Мы заинтересованы не просто в обезуглероживании, но и в деофоссилизации — нам нужно полностью отказаться от ископаемого топлива, чтобы создать по—настоящему замкнутую экономику», — сказал Рейснер. «В среднесрочной перспективе эта технология могла бы помочь сократить выбросы углекислого газа, улавливая его в промышленности и превращая во что-то полезное, но, в конечном счете, нам нужно полностью исключить ископаемое топливо из уравнения и улавливать CO2 из воздуха».

Исследователи черпали вдохновение в улавливании и хранении углерода (CCS), где CO2 улавливается, а затем перекачивается и хранится под землей.

«CCS — это технология, которая популярна в индустрии ископаемого топлива как способ сократить выбросы углекислого газа при продолжении разведки нефти и газа», — сказал Рейснер. «Но если бы вместо улавливания и хранения углерода у нас были улавливание и утилизация углерода, мы могли бы сделать что-то полезное из CO2 вместо того, чтобы закапывать его под землю с неизвестными долгосрочными последствиями, и отказаться от использования ископаемого топлива».
Слева направо: Эрвин Рейснер, Саян Кар, Мотиар Рахаман. Автор: Ариффин Мохамад Аннуар

Исследователи адаптировали свою солнечную технологию таким образом, чтобы она работала с дымовыми газами или непосредственно из воздуха, превращая CO2 и пластмассы в топливо и химикаты, используя только энергию солнца.

При пропускании воздуха через систему, содержащую щелочной раствор, CO2 избирательно улавливается, а другие газы, присутствующие в воздухе, такие как азот и кислород, безвредно выходят наружу. Этот процесс барботирования позволяет исследователям концентрировать CO2 из воздуха в растворе, что облегчает работу с ним.

Интегрированная система содержит фотокатод и анод. Система состоит из двух отсеков: с одной стороны находится улавливаемый раствор CO2, который преобразуется в синтез-газ, простое топливо. С другой стороны, пластмассы превращаются в полезные химические вещества, используя только солнечный свет.

«Пластиковый компонент является важным элементом этой системы», — сказал соавтор исследования доктор Мотиар Рахаман. «Улавливание и использование CO2 из воздуха усложняет химический процесс. Но если мы добавим в систему пластиковые отходы, пластик отдаст электроны CO2. Пластик распадается на гликолевую кислоту, которая широко используется в косметической промышленности, а CO2 преобразуется в синтез-газ, который является простым топливом.»

«Эта система, работающая на солнечной энергии, использует два вредных продукта — пластик и выбросы углекислого газа — и преобразует их во что—то действительно полезное», — сказал соавтор исследования доктор Саян Кар.

«Вместо того, чтобы хранить CO2 под землей, как в CCS, мы можем улавливать его из воздуха и производить из него чистое топливо», — сказал Рахаман. «Таким образом, мы сможем исключить индустрию ископаемого топлива из процесса производства топлива, что, как мы надеемся, поможет нам избежать разрушения климата».

«Тот факт, что мы можем эффективно извлекать CO2 из воздуха и делать из него что-то полезное, является особенным», — сказал Кар. «Приятно видеть, что мы действительно можем сделать это, используя только солнечный свет».

В настоящее время ученые работают над настольным демонстрационным устройством с повышенной эффективностью и практичностью, чтобы подчеркнуть преимущества сочетания прямого улавливания воздуха с утилизацией CO2 как пути к будущему с нулевым выбросом углерода.