Этот искусственный лист превращает атмосферный углекислый газ в топливо
Нет сомнений в том, что изменение климата является очень серьезной (и ухудшающейся) проблемой. Согласно недавнему докладу Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК), даже если бы все промышленно развитые страны мира в одночасье стали углеродно-нейтральными, проблема продолжала усугубляться. Короче говоря, недостаточно прекратить закачивать мегатонны CO 2 в атмосферу; мы также должны начать удалять то, что мы уже положили туда.
Именно здесь вступает в действие метод, известный как улавливание углерода (или удаление углерода). Взяв свой пример с природы, международная команда исследователей из Университета Ватерлоо, Онтарио, создала "искусственный лист", который имитирует способность к очистке от углерода реальной вещи. Но вместо того, чтобы превратить атмосферный CO2 в источник топлива для себя, лист превращает его в полезное альтернативное топливо.
Исследование группы было описано в статье, которая недавно появилась в журнале . Эту группу возглавлял Йимин А. У, научный сотрудник Центра наноразмерных материалов при Аргоннской национальной лаборатории (АНЛ) в Иллинойсе и профессор инженерного дела из Института нанотехнологий Ватерлоо (WIN).
К нему присоединились исследователи из обоих институтов, а также Калифорнийского государственного университета (Northridge) и Городского университета Гонконга.
В природе зеленые растения преобразуют атмосферный СО 2 и воду в глюкозу и кислород в процессе фотосинтеза. Это стало возможным благодаря пигментному хлорофиллу, который поглощает свет от Солнца на нескольких длинах волн (фиолетово-синий и оранжево-красный) для стимулирования химических реакций. Затем глюкоза используется растениями в качестве источника топлива, а газообразный кислород выделяется.
Как объяснил Ву , он и его команда использовали одну и ту же идею для создания своего искусственного листа, который основан на очень похожем процессе, но производит разные конечные продукты. «Мы называем это искусственным листом, потому что он имитирует настоящие листья и процесс фотосинтеза», - сказал он. «Лист производит глюкозу и кислород. Мы производим метанол и кислород».
Ключом к этому процессу (над которым Ву и его коллеги работают с 2015 года) является оксид меди, дешевый красный порошок, который химически спроектирован так, чтобы иметь как можно больше восьмигранных частиц.
Этот порошок создается химической реакцией, когда глюкоза, ацетат меди, гидроксид натрия и додецилсульфат натрия добавляются в воду, которая была нагрета до определенной температуры.
Этот порошок затем добавляют в воду, где он служит катализатором, поскольку углекислый газ закачивается, и солнечный имитатор светит лучом белого света в раствор.
В результате химической реакции образуется газообразный кислород (через фотосинтез), в то время как CO2, вода и порошковый раствор превращаются в метанол. Поскольку метанол имеет более низкую температуру кипения, чем вода, раствор нагревается и метанол собирается по мере его испарения.
Этот процесс отражает аналогичные исследования, проводимые в Кембриджском университете в Великобритании, где исследователи разработали устройство, использующее фотосинтез, производимый солнечным светом и кобальтовыми поглотителями света, для превращения воды и газа CO 2 в синтез-газ. Это вещество изготовлено из смеси водорода и окиси углерода и используется при производстве альтернативных видов топлива, фармацевтических препаратов, пластмасс и удобрений.
Она также похожа на концепцию «искусственного дерева», разработанную Клаусом Лакнером, директором Центра устойчивой энергетики Ленфеста при Колумбийском университете. Несколько лет назад Лакнер предложил метод, при котором «деревья» с пластиковыми листьями, покрытыми смолой, могут в сто раз удалять из воздуха в 100 раз больше СО 2, чем натуральные деревья. Как только листья впитают в себя столько углекислого газа, сколько смогут, их помещают в воду для создания биотоплива.
Такой процесс интересен по двум причинам. Прежде всего, удаление двуокиси углерода (основного источника глобального потепления) из атмосферы поможет замедлить изменение климата. Во-вторых, получающиеся в результате альтернативные виды топлива позволят людям по-прежнему полагаться на неэлектрические автомобили, что даст нам больше времени для перехода к жизни с нейтральным уровнем выбросов углерода. Или, как сказал Вью Universe Today по электронной почте:
«Эта технология, как ожидается, уменьшить CO 2 выбросов от нефтяных компаний, автомобильных компаний и металлургических компаний. Это может также обеспечить чистое и устойчивое топливо, метанол, для транспортных средств и самолетов. Метанол также используется в химической промышленности для производства пластмасс и волокон. Это обеспечивает решение для сокращения выбросов CO2 и производства экологически чистого топлива для зеленой экономики».
В будущем будут предприняты дополнительные шаги для увеличения выхода метанола и коммерциализации запатентованного процесса, чтобы его можно было использовать в промышленных целях. «Я очень рад возможности этого открытия изменить игру», - добавил г-н Ву. «Изменение климата является насущной проблемой, и мы можем помочь сократить выбросы CO 2, одновременно создавая альтернативное топливо».