Учёные из Университета Райса разработали электрохимический реактор, который может существенно уменьшить затраты энергии на удаление CO₂ напрямую из воздуха. Новая конструкция реактора обладает потенциалом для интеграции в решения, предназначенные для борьбы с последствиями климатических изменений и воздействия загрязняющих выбросов, обеспечивая более гибкие и масштабируемые подходы к сокращению углекислого газа.
В исследовании, опубликованном в журнале Nature Energy, реактор описывается как имеющий модульную конструкцию с тремя камерами и пористым слоем твёрдого электролита в его центре. Хаотянь Ван, инженер в области химии и биомолекулярных исследований из Райса, чья лаборатория сосредоточена на индустриальных решениях в области декарбонизации и преобразования энергии, отметил, что их работа является «значительным шагом вперёд в улавливании углерода из атмосферы».
«Наши результаты открывают возможности для более экономичного и эффективного углеродного захвата в различных отраслях промышленности», — заявил Ван, автор исследования.
Устройство достигло значительных индустриальных скоростей регенерации диоксида углерода из растворов, содержащих углерод. Его характеристики, такие как долговечная стабильность и универсальность в различных катодных и анодных реакциях, показывают потенциал для широкого индустриального применения.
«Одним из крупнейших преимуществ этой технологии является её адаптивность. Параллельное производство водорода в процессе захвата воздуха может значительно уменьшить затраты на производство топлива или химических веществ с нулевыми выбросами», — пояснил Ван, отметив, что технология работает с различными химическими веществами и может содействовать когенерации водорода.
Эта новая технология предлагает замену температурных методов прямого захвата воздуха, часто включающих перекачку потока газов через жидкости с высоким pH для удаления углекислоты. На этом этапе процесса атомы углерода и кислорода связываются с другими химическими соединениями, формируя новые молекулы различной силы связи в зависимости от используемых химикатов.
Следующий ключевой этап — это извлечение углекислого газа из растворов, который может реализовываться через тепло, химические реакции или электрохимические процессы.
Чживэй Фан, исследователь и один из главных авторов работы, уточнил, что традиционные методы захвата углекислого газа из атмосферного воздуха обычно требуют использования высокотемпературных процессов для регенерации CO₂ из сорбента или фильтрующих агентов.
Источник: Nature Energy (2024). DOI: 10.1038/s41560-024-01654-z
«Наша работа сосредоточилась на применении электрической энергии вместо тепловой для регенерации CO₂», — сообщил Фанг, добавив, что такой подход предоставляет несколько преимуществ, включая работу при комнатной температуре, отсутствие необходимости в дополнительных веществах и отсутствие нежелательных побочных продуктов.
Типы химикатов для улавливания углекислого газа обладают разными плюсами и минусами. Аминные сорбенты наиболее популярны из-за их способности формировать более слабые связи, что позволяет легко извлечь газ из раствора. Однако они токсичны и нестабильны. В то время как водные растворы гидроксида натрия и калия экологичнее, они требуют высоких температур для регенерации углекислого газа.
«Наш реактор способен эффективно разделять карбонатные и бикарбонатные растворы, получая щелочной абсорбент в одной камере и чистый диоксид углерода в другой. Такой подход оптимизирует использование электричества для эффективного управления ионными потоками и массовым переносом, снижая энергетические затраты», — отметил Ван. Он выразил надежду, что их открытие побудит индустрии переходить к экологически чистым технологиям и двинет человечество к будущему с нулевыми выбросами.
Источник: iXBT
