Благодаря новой технологии солнечных батарей ученые преобразовали углекислый газ, полученный из воздуха и пластика, в экологически чистый источник энергии и косметическое средство с омолаживающим эффектом. фотосинтезомУстройство перерабатывает два главных источника загрязнения окружающей среды в замкнутой системе с минимальными потерями.
Человеческое увеличение концентрации CO2 в атмосфере нарушило климатический баланс планеты, что привело к серьёзным последствиям для природы и видового разнообразия. Обширное использование ископаемого топлива (поставляющего 80% энергии) является одной из главных причин этого накопления или «углеродного следа».
Снижение выбросов углекислого газа является одной из главных задач по изменению климата. Для этого развиваются технологии улавливания и хранения CO2. В нефтяной промышленности популярен метод закачки CO2 в подземные хранилища для сокращения выбросов во время работы.
«Если бы вместо захвата и хранения углерода практиковалось его улавливание и утилизация, то можно было бы использовать CO2 во благо, а не просто закапывать его в землю. Хранение углерода не является жизнеспособным долгосрочным решением, считает Эрвин Рейснер, автор нового исследования и эксперт химического факультета Кембриджского университета. По его мнению, это ничего не дает для полного исключения ископаемого топлива из энергетических систем.
Технология, вдохновленная листьями деревьев
Несколько лет исследователи из Кембриджа пытались повторить в лаборатории процесс фотосинтеза – естественный, при котором листья деревьев используют солнечную энергию, чтобы улавливать и расщеплять углекислый газ из атмосферы, а кислород возвращать обратно. Искусственные листья должны преобразовывать воду и углерод в устойчивое топливо с помощью солнечной батареи.
Устройство все еще ограничено тем, что его можно использовать только для CO2 в чистом виде под давлением. Превращение углерода в энергию требует захвата электронов от молекул воды — энергоемкий процесс. Большая часть затрат энергии приходится на этапы десорбции и сжатия, сопровождающие улавливание CO2.
Этап связан также с нагреванием больших объемов щелочных растворов, не говоря уже о том, что газ, который впоследствии выделяется, находится под давлением. В результате решение является энергетически нежизнеспособным и неприменимым к реальным атмосферным условиям.
Технология практична только при улавливании углерода, получаемого непосредственно из источника или извлекаемого из промышленных отходов, поскольку CO2 в таких случаях сильно разбавлен. Устройство должно быть достаточно чувствительным и селективным для изоляции его от других газов. Преодолев технический барьер, компания внедрила в производство обычный пластик (PET). Благодаря этому достижению энергетические системы смогут полностью отказаться от использования ископаемого топлива.
Циркулярный производственный цикл
Устройство включает систему молекулярного катализа с фотокатодом, использующим солнечную энергию, и анодом. Оно разделено на два отсека: один захватывает CO2 и преобразует его в синтетический газ, а другой перерабатывает пластик в гликолевую кислоту, распространенный компонент косметики против старения.
Собираясь погружают в щелочной раствор для запуска процесса «барботирования», который концентрирует углекислый газ из воздуха в растворе. Наличие PET важно, так как процесс катализа позволяет ему отдавать электроны CO2 при его разложении на гликолевую кислоту с меньшим потреблением энергии. Пластик играет важную роль в данной системе, так как поглощение и применение CO2 из атмосферы затрудняют химические процессы. — Объясняет соавтор исследования Мотиар Рахаман, трудящийся также в Кембридже.
Синтетический газ хранится, а остальные компоненты воздуха, например азот и кислород, отбрасываются, как и при естественном процессе фотосинтеза. Кислородный диоксид, выделяющийся при сгорании синтезированного газа, может быть возвращен в систему для повторного использования. Благодаря этому устройству возможно перерабатывать углекислый газ из воздуха и пластика, применяемого обычно для бутылок и упаковки, практически бесконечно по циклическому процессу, исключающему использование ископаемого топлива.
Однако важно помнить, что это прототип, которому еще предстоит доработка для полного раскрытия его преимуществ. Например, исследователи пока не установили, является ли энергетический цикл безуглеродным на всей своей цепочке или возможно ли перерабатывать другие виды пластика. В настоящее время работа ведется в этом направлении, оценивая преимущества сочетания прямого захвата воздуха с использованием CO2 как пути к будущему с нулевыми выбросами углерода.