Природа

Ученые разработали самую быструю в мире систему улавливания углерода с эффективностью 99%

В борьбе с глобальным изменением климата ученые соревнуются в разработке все более эффективных систем улавливания углекислого газа и снижения его концентрации в атмосфере. Совместными усилиями производители начинают устанавливать вентиляционные установки, включая так называемые системы прямого улавливания воздуха (DAC), для снижения углеродного следа. Однако последние все еще довольно ограничены по мощности. Эксплуатационные расходы также являются препятствием, поскольку химические реакции очень энергоемки. Новая японская система улавливания углерода призвана преодолеть эти препятствия благодаря технологии "разделения жидкой и твердой фаз", которая непосредственно удаляет CO2 из атмосферы. Новая система, как утверждается, является самой быстрой в мире, эффективна на 99% при низких концентрациях CO2 и в два раза быстрее, чем существующие DAC.

Многие ученые считают, что последствия изменения климата уже достигли точки невозврата. Последствия этого уже ощущаются во многих странах мира, где ущерб носит драматический характер. Например, такие страны, как Индия и Пакистан, недавно попали в заголовки газет в связи с экстремальным и необычным повышением температуры. В других странах тысячи гектаров леса исчезают и уступают место пустыням. Без устойчивых решений подобные бедствия, скорее всего, затронут еще больше стран.

В попытке замедлить это вредное воздействие разрабатываются технологии по снижению выбросов углерода (одного из основных антропогенных факторов изменения климата). Помимо снижения содержания углерода в атмосфере, ученые видят возможность повторного использования уловленного CO2. Существующие технологии позволяют улавливать, хранить и преобразовывать CO2 в другие химические соединения, пригодные для повторного использования в промышленности.

Тем не менее существует еще несколько препятствий, которые необходимо преодолеть, прежде чем нынешние технологии DAC (такие, как технологии с использованием гидроксида калия и гидроксида кальция) могут быть применены в больших масштабах. Одной из проблем является эффективность, поскольку концентрация CO2 в воздухе позволяет проводить лишь очень медленные химические реакции с улавливаемыми веществами. Кроме того, уловленный CO2 трудно извлечь и повторно использовать, так как химические реакции для десорбции очень энергоемки.

Новое исследование, проведенное под руководством Токийского столичного университета, касается DAC в системах разделения жидких и твердых фаз. Обычно этот тип сепарации работает по основному принципу седиментации, т.е. в смеси жидкости и твердого тела более плотные тела скапливаются на дне емкости под действием силы тяжести. Но в непрерывно работающей системе разделения жидкости и твердого тела твердые частицы не успевают полностью осесть, поэтому на выходе из системы жидкость остается загруженной твердыми частицами.

С другой стороны, большинство DAC пропускают воздух через жидкость, где происходит химическая реакция между жидкостью и CO2. По мере протекания реакции количество продукта реакции накапливается в жидкости, делая последующие реакции все более медленными.

Новая система разделения жидкой и твердой фаз, представленная в исследовании, опубликованном в журнале ACS Publications, позволяет удалить из раствора нерастворимый твердый продукт реакции. Поэтому в жидкости не происходит накопления твердых частиц, и скорость реакции не замедляется.

В своей новой системе улавливания углерода исследователи изменили структуру жидких аминовых соединений, чтобы оптимизировать скорость и эффективность химической реакции в широком диапазоне концентраций CO2 в воздухе (примерно до 400 ppm).

Затем они обнаружили, что один из их водных растворов, а именно изофорон диамин (IPDA), может захватывать и превращать 99% CO2 в воздухе в твердый осадок карбаминовой кислоты. Кроме того, нагревание дисперсного твердого вещества в растворе до 60 °C является достаточным для обратного хода реакции, в результате чего CO2 снова высвобождается, а исходная жидкость восстанавливается.

Кроме того, скорость удаления CO2 была по крайней мере в два раза выше, чем у обычных лабораторных систем DAC, что делает ее самой быстрой в своем роде в мире, причем при низких концентрациях CO2.

Японская команда также считает, что их новый процесс в конечном итоге может быть применен в больших масштабах. Также будет изучено использование уловленного углерода в промышленности и бытовой продукции, что делает новую систему улавливания универсальным решением.

Подписывайтесь на нас
Back to top button