Пытаясь решить проблему глобального потепления климата, ученые изобретают высокотехнологичные способы улавливания и повторного использования углекислого газа. В идеале это должно привести к появлению некоего замкнутого круга, в котором выделяющийся СО2 забирается из атмосферы и применяется для подпитки энергией процесса, стоящего за изначальным выбросом газа в воздушную среду.
Улавливание CO2
Начнем с этапа улавливания углекислого газа. Здесь на помощь может прийти довольно неожиданный союзник, а именно водоросли. Эксперименты с ними проводятся в течение уже нескольких десятилетий, так как они очень эффективно удаляют CO2 из атмосферы. Подчитано, что один их килограмм способен поглотить 1.8 кг углекислого газа.
Ещё недавно этот путь выглядел не слишком перспективно, так как требовал использования больших площадей земли или воды. Однако в 2021 году был описан способ улавливания CO2 с помощью биокомпозитов. Это материалы, изготавливающиеся из одного природного и одного синтетического компонента. В данном случае ученым удалось получить что-то вроде углеродоулавливающего листа.
Составляющими элементами являются водоросли Chlorella vulgaris и смесь хлопка с полиэстером. Ткань служит основой, на которой могут развиваться морские организмы. В ходе испытаний выяснилось, что биокомпозиты этого типа поглощают в 3.5-14.5 больше углекислого газа, чем обычные водоросли. Кроме того, они требуют гораздо меньше воды и не нуждаются в особом уходе. Ученые также надеются, что их творение позволит решить ещё одну экологическую проблему.
Каждый год на планете производится более 110 миллионов тонн текстиля, и только 15% от этого количества впоследствии перерабатывается. Часть отходов можно превратить в биокомпозиты – вместо того, чтобы гнить на свалках, они начнут улавливать углерод.
Топливо из CO2
После улавливания в обрисованном выше цикле CO2 нужно превратить в топливо. Сам этот газ не является горючим, но в его составе есть ключевой элемент – углерод.
Один из научных коллективов, работающий над этой проблематикой, разработал процесс, в ходе которого молекулы углекислого газа превращались в авиатопливо.
Добиться этого удалось с помощью специального катализатора, опускающего энергетический барьер протекания химической реакции. В данном случае была применена смесь железа, марганца и калия.
Исследователи наполнили реактор, изготовленный из нержавеющей стали, углекислым газом, добавили туда металлический катализатор, нагрели систему до 350 градусов по Цельсию, и получили желаемый результат, то есть топливо, пригодное для авиационных двигателей.
Данные примеры очень хорошо описывают принцип замкнутого углеродного круга, но это далеко не единственные технологии, которые могут стать его составной частью.
Изготовление мочевины
Возьмем, к примеру, изготовление мочевины, широко использующейся при производстве удобрений. Сегодня это вещество получается в результате химической реакции, в которой участвуют аммиак и углекислый газ.
Подсчитано, что более двух процентов вырабатывающейся в мире электроэнергии расходуется именно на производство мочевины. Заводы, изготавливающие её, генерируют значительный объем вредных для экологии побочных веществ.
В 2020 году был предложен новый способ производства мочевины. Исследователи создали камеру проточного реактора, от которой отводится электричество, генерирующееся происходящей внутри химической реакцией. Затем они загрузили туда катализатор из наночастиц палладия и меди, нанесенных на листы из диоксида титана. Благодаря этому материалу углекислый газ и азот образовали внутри камеры мочевину всего за один этап, что с учетом полученного электричества позволило снизить потребление энергии по сравнению с традиционными методами.
Эта технология замыкает цикл и делает производство удобрений «углеродо-нейтральным», как принято говорить в кругах, озабоченных заботой об экологии планеты. Сегодня ученые надеются сделать так, чтобы фермеры по всему миру смогли использовать эту технологию для самостоятельного производства мочевины.