В США придумали новый способ удаления CO2 из воздуха

С середины XIX века объемы выбросов углекислого газа в атмосферу постоянно растут. С ноября 2015 г. их концентрация каждый месяц в среднем составляет 400 ppm. Это не может не вызывать беспокойство у ученых.

С одной стороны роль углекислого газа в жизнедеятельности биосферы велика. Он поддерживает процесс фотосинтеза у растений и, будучи парниковым газом, влияет на теплообмен планеты с окружающим пространством. Излучаемое в избытке тепло блокируется на ряде частот и участвует в формировании климата.

С другой стороны человек активно использует ископаемые энергоносители в качестве топлива. Из-за этого день ото дня увеличиваются выбросы углекислого газа в атмосферу. Из-за них ускорилось обезлесение, а, значит, и глобальное потепление может наступить раньше, чем ждут в научных кругах.

Возможно, угроза глобального потепления останется только на бумаге, отступив перед новым изобретением ученых из Массачусетского технологического института. По данным Science Daily, исследователи придумали новый способ улавливая диоксида углерода в воздухе. Он может стать важным инструментом в борьбе с изменением климата. Он уберет его из потока воздуха. Процесс начнется вне зависимости от того, какова его концентрация в воздухе, т.е. эффективно деактивируются выбросы как от электростанции, так и в открытом воздухе. Новая система способна обезвредить до 400 частей на миллион, т.е. столько, сколько есть в атмосфере сейчас.

Для многих изобретение ученых из Массачусетского технологического института и не изобретение вовсе. Дело в том, что сейчас есть методы удаления диоксида углерода из газового потока. Правда, они эффективны только для удаления высоких концентраций вещества, которые обнаруживаются в выбросах дымовых газов от электростанций, работающих на основе ископаемого топлива. Раньше заявляли, что есть методы, позволяющие деактивировать низкие концентрации CO2 в воздухе, но по сравнению с новым они более энергоемкие и дорогостоящие.

Ученые из Массачусетского технологического института опубликовали свою статью о новой системе в журнале Energy and Environmental Science MIT. Автор публикации – постдок в институте Сааг Воскян и его коллега – профессор химического машиностроения Т. Алан Хаттон. Они придумали устройство, принцип действия которого основан на пропускании воздушных масс через стопку заряженных электрохимических пластин. Они спроектировали его, когда писали докторскую диссертацию.

Устройство выглядит, как большая батарея, но в отличие от привычного всем радиатора у нее другая функция. Она поглощает CO2 из воздуха. Диоксид углерода проходит через электроды, которые есть в нем. Так происходит зарядка, а разрядка начинается тогда, когда газ возвращается обратно в окружающую среду. Во время работы устройство чередует разрядку-зарядку. Свежий воздух или подаваемый газ проходит через всю систему во время цикла зарядки, а чистый и концентрированный диоксид углерода выпускается наружу во время цикла разрядки.

Во время зарядки батареи на поверхности каждого из электродов начинается электрохимическая реакция. Их покрывают особым составом под названием полиантрахинон. Этот состав состоит из углеродных нанотрубок. Электроды родственно близки углекислому газу. Он легко вступает в реакцию с их молекулами в потоке воздуха или в подаваемом газе. Реакция идет даже тогда, когда концентрация диоксида углерода чрезвычайно мала. Обратная реакция начинается тогда, когда батарея разряжена. Устройство дает часть энергии для работоспособности всего процесса. В

итоге вырабатывается поток чистого CO2. Устройство работает при нормальном давлении воздуха и нормальной комнатной температуре.

«Наибольшее преимущество новой технологии по сравнению с другими, придуманными для улавливания/поглощения CO2 заключается в бинарном характере родства адсорбента с очищаемым веществом» — цитирует «КазахЗерно.kz» слова одного из ученых, придумавшего новое устройство. Как уже подчеркивалось выше, материал, из которого изготовлен электрод, близок или нет по своей природе диоксиду углерода. При этом близость и отсутствие родства зависит от того, какая стадия зарядки или разрядки батареи идет. Другие реакции, которые используют для улавливания углекислого газа, требуют промежуточных стадий химической обработки или выделения огромного количества энергии (к примеру, высокого давления или воздействия теплом).

Благодаря имеющемуся родству с углекислым газом система может захватывать его вне зависимости от концентрации, даже если она чересчур большая – 400 частей на миллион. К тому же она может выпускать его в любой поток-носитель, в том числе и в 100% CO2.

С помощью новой системы от ученых их Массачусетского технологического института заводы по розливу безалкогольных напитков, наконец, перестанут сжигать тонны ископаемого топлива, чтобы сделать углекислый газ. Раньше считалось, что без этого процесса напиток никогда не станет шипучим. Она же пригодится фермерам, которые сжигают пригородный газ, чтобы произвести углекислый и поспособствовать началу фотосинтеза у растений, выращиваемых в теплицах. С одной стороны новая система позволит дать фермерам и владельцам заводов по выпуску безалкогольных газированных напитков то, что им надо, а с другой выведет парниковый газ из воздуха. В качестве альтернативы поток чистого диоксида углерода может быть сжат и может храниться под землей, чтобы поспособствовать его долгосрочной утилизации, или превратить его в топливо, проведя электро- и химические процессы.

Устройство, предложенное учеными, уже широко обсуждают в научных кругах. Оно позволяет улавливать и выделять CO2. Оно достаточно «революционное». Сейчас окружающая среда не нуждается в огромном количестве выбросов парникового газа в атмосферу из-за ведения с/х, животноводства и в различных отраслях промышленности. Их долгосрочная утилизация – то, что так необходимо, чтобы остановить глобальное потепление.

В условиях электростанций можно было бы установить два комплекта таких устройств. Они бы работали параллельно. Сначала бы дымовые газы направлялись в одно из них, а потом перенаправлялись в другое. Перенаправление бы происходило в цикл разряда. Благодаря чередованиям система бы захватывала и выпускала очищенный газ. В ходе эксперимента, проведенного в лабораториях института, доказали, что одно устройство выдерживает не менее 7 тыс. циклов зарядки-разрядки, но потом теряет около 30% своей эффективности. Иными словами, устройство может проработать и выдержать до 20-50 тыс. циклов зарядки-разрядки.

Электроды могут быть изготовлены стандартными методами химической обработки. В конечном итоге ученые могут модернизировать устройство, сделать его рулонным и похожим на газетный типограф. Цена системы зависит от того, сколько электродов размещаются на одном квадратном метре.

Новая технология улавливания углерода энергоэффективная. Ее расход составляет от 1 до 10 гигаджоулей на тонну (он зависит от того, какова концентрация углекислого газа на входе).

Когда начнут использовать новую систему, пока неизвестно. Ученые создали фирму Verdox. Им предстоит разработать экспериментальную установку. На это уйдут годы, хотя ее легко масштабировать: для этого нужна лишь большая емкость и много электродов.