Углерод и деньги прямо из воздуха: учёные представили новый метод улавливания углекислого газа

Учёные дополнили метод улавливания углерода, при котором извлекают CO₂, то есть углекислый газ, прямо из воздуха. В Северо-Западном университете (Northwestern), штат Иллинойс, предложили технологию прямого захвата углерода из атмосферы, при которой используется ряд веществ-ионов, чтобы улавливать CO₂ при низкой влажности и высвобождать при высокой.


Используя технологию, основанную на естественных изменениях влажности, учёные выявили несколько новых ионов, которые способствуют низкоэнергетическому (при естественных условиях) связыванию углерода. Актуальность научной работы состоит в том, что мировое сообщество постепенно переходит к обезуглероживанию промышленных производств. И некоторые правительства выделяют на это гранты и кредиты, так что выражение «из воздуха» играет всеми экономическими гранями.

При традиционном улавливании углерода CO₂ собирают непосредственно у мест его выброса при технологических процессах с высоким содержанием элемента. А так называемое «прямое улавливание воздуха» (DAC) имеет дело с извлечением углерода из атмосферы вообще. Новый метод приобретает всё большее значение по мере того, как зависимость экономик от ископаемого топлива ослабевает, так что попутно уменьшается необходимость улавливать углерод непосредственно у мест его выбросов. А улавливать углерод хочется, особенно когда на это выделяют средства.

В новом исследовании учёные Северо-Западного университета описали подход, который позволяет удалять углерод практически где угодно. Научную статью об этом опубликовали в журнале Environmental Science and Technology. Её соавторы — профессор материаловедения и инженерного дела Винаяк Дравид и учащиеся вуза Джон Хегарти и Бенджамин Шиндел.

В основе исследования — многообещающий способ улавливания двуокиси углерода при изменении влажности воздуха путём использования ортосиликата, бората, пирофосфата, триполифосфата и двухосновного фосфата. При введении этих веществ в ионообменные смолы происходит циклическое улавливание CO₂ из более сухого воздуха и его высвобождение при повышении влажности. Перечисленные ионы протестировали наряду с прочими, менее эффективными. Проделанная работа не только пролила свет на способы улучшения DAC, но и дала представление о развитии газоразделения, технологий отрицательного выброса и сорбирующих (поглощающих) материалов.



В прошлом исследователи ориентировались на карбонатные и фосфатные ионы для облегчения улавливания элементов из воздуха, и у них есть конкретные гипотезы о том, почему эти специфические ионы эффективны. Но команда Дравида хотела протестировать более широкий спектр ионов, чтобы увидеть, какие из них справляются с задачей ещё лучше. И обнаружили, что ионы с самой высокой валентностью — в основном фосфаты — оказались наиболее эффективными. Исследователи стали составлять список поливалентных ионов, исключая одни и добавляя в него другие, более подходящие, в том числе силикаты и бораты.

Команда из Иллинойса считает, что будущие эксперименты в сочетании с компьютерным моделированием помогут лучше объяснить, почему определённые ионы более эффективны, чем другие.

Уже есть компании, работающие над прямым улавливанием углерода из воздуха. Смысл заниматься этим в США создают сами власти, продвигая так называемые углеродные кредиты, стимулирующие бизнес компенсировать выбросы. Если на самом деле удастся успешно улавливать CO₂ непосредственно из атмосферы, затем его можно будет сохранять или использовать повторно.

Научный коллектив Винаяка Дравида планирует интегрировать такие улавливающие CO₂ материалы с их более ранней — и более понятной — идеей применять пористую губку, которую разработали для удаления токсинов из окружающей среды, включая нефть, фосфаты и микропластики.