Океан является крупнейшим динамическим поглотителем углерода на Земле, ежегодно поглощая 400 миллионов тонн углекислого газа (CO₂) благодаря постоянному обмену с атмосферой. Исследователи из Йельского университета разработали инновационную систему, которая извлекает и преобразует растворенный CO₂ в морской воде в чистое топливо и ценное промышленное сырье. Этот прорыв, опубликованный в журнале Nature Communications, может превратить морскую воду в устойчивый источник продуктов на основе углерода, что поможет сбалансировать уровень CO₂ в океане.
Солнечное улавливание углерода и его преобразование
Руководитель проекта, профессор Шу Ху с факультета химической и экологической инженерии и член Йельского института энергетических наук, описывает систему как «солнечное улавливание и преобразование углерода в океане». Простыми словами, это производство топлива из солнечного света.
Используя солнечную энергию, команда превращает растворенный углерод в морской воде в синтез-газ, состоящий из окиси углерода (CO) и водорода. Этот синтез-газ является ключевым материалом для производства различных химических веществ и топлива. Несмотря на трудности, с которыми сталкивались предыдущие попытки извлечь углерод из океанской воды, исследователи сумели преодолеть проблему низкой концентрации карбонат-ионов в морской воде и добиться высокой энергоэффективности.
Преодоление проблем с реакторами и катализаторами
До сих пор существующие системы преобразования углерода сталкивались с ограничениями, поскольку большинство катализаторов и реакторов были эффективны только в лабораторных условиях. Основной проблемой было создание устройства, способного работать в реальных условиях и на больших масштабах.
Однако, благодаря уникальному подходу в проектировании фотокатализа и реакторов, команда Йельского университета разработала новое фотоэлектрохимическое устройство, которое использует только солнечный свет для преобразования растворенного углерода в морской воде в синтез-газ. Этот процесс имитирует работу фотосинтеза в океанских экосистемах и достигает коэффициента преобразования солнечной энергии в топливо 0,71%, что аналогично тому, как морские водоросли преобразуют углерод.
Реакция в контролируемом потоке
Одним из важнейших открытий стало то, что селективность реакции значительно зависит от поля потока внутри реактора. В статичной морской воде содержание окиси углерода (CO) в продукте составляло всего 3%. Однако, при использовании контролируемого потока внутри реактора, этот показатель увеличился до 21%. Это открытие стало возможным благодаря инновационному дизайну реактора.
«Это работает как идеально синхронизированная эстафета», — объяснил соавтор исследования, аспирант Сян Ши. «Анод пропускает протоны и CO₂ к катоду, который затем завершает процесс конверсии. Этот процесс эффективно управляет всей реакцией».
Массоперенос и масштабируемость технологии
С помощью подхода по регулированию потока, исследователи смогли оптимизировать массоперенос в реакции, что позволило не только удалить CO₂ из морской воды, но и использовать солнечный свет для выработки топлива прямо из океана.
Далее команда планирует усовершенствовать технологию и масштабировать систему до промышленного уровня. Модульная конструкция реактора позволяет собирать эти устройства в плавучие массивы площадью в квадратный метр. Плавучие реакторы, использующие естественные приливные движения и океанские течения для циркуляции воды, смогут непрерывно преобразовывать растворенный CO₂ в синтез-газ под воздействием солнечного света. Этот газ будет собираться и использоваться на промышленных объектах для химического синтеза или производства топлива.
Источник: https://techxplore.com/news/2025-07-sunlight-powered-technology-dissolved-ocean.html
Больше интересного – на медиапортале https://www.cta.ru/