Из углекислого газа можно сделать топливо, уголь и даже полиуретан для производства одежды, упаковки или частей автомобиля. Но увеличивать количество CO2 в атмосфере опасно — это ухудшает ситуацию с глобальным потеплением, климатом и качеством воздуха.
Как с помощью одной реакции сделать из СО2 полиуретан, топливо или уголь
- Полиуретан:
Ученые из Киотского университета придумали реакцию, при которой СО2 превращается в полезный органический полимер.
Исследователи использовали главный компонент — пористый координационный полимер (ПКП), в его составе есть ионы металла и цинка. Они захватывают молекулы CO2 из атмосферы и делают это в 10 раз эффективнее аналогичных ПКП. Также авторы отметили, что этот полимер можно использовать даже несколько раз: во время эксперимента он был эффективен в течение 10 циклов.
По итогам работы остается ПКП с молекулами СО2 — его можно переработать в органический полимер, а дальше в полиуретан и использовать во многих сферах, например, для создания одежды, упаковки и при разработке частей автомобиля.
- Топливо:
Сотрудники государственной физической лаборатории в Хэфэе, Китай, создали новый материал, с помощью которого можно сделать топливо из углекислого газа. По словам авторов, они получили муравьиную кислоту. Ее нельзя использовать в двигателях внутреннего сгорания, но можно применить как носитель водорода. Газообразный водород трудно сжать, зато в составе концентрата муравьиной кислоты его можно запасти в тысячу раз больше на единицу объема емкости.
Исследователи применили твердые электролиты и катализатор из висмута. Они использовали твердый электролит, так как в нем нет примесей. Ключевым элементом преобразования выступил металлический висмут. Авторы пропустили CO2 через многослойную решетку из висмута и сделали из него отрицательно заряженную молекулу — формиат. В итоге получился 30% концентрат муравьиной кислоты.
- Уголь:
Ученые из Мельбурнского королевского технологического университета (RMIT) придумали, как превратить CO2 обратно в уголь при комнатной температуре.
Исследователи использовали катализатор из жидкого металла, который они получили из сплава галлия, индия и олова с добавлением церия. Потом этот катализатор соединили со смесью CO2 и жидкого электролита. После этого, под воздействием электрического заряда катализатор создавал из двуокиси углерода твердые углеродные хлопья. Они появляются на поверхности жидкого металла: их легко убрать с поверхности, а вещество использовать повторно.
Материал можно разместить под землей без риска утечки.
«Пылесос» для выкачивания CO2 из атмосферы
Но чтобы преобразовать углекислый газ в полезные вещества, нужно его сначала собрать. Этим занимаются специальные установки по улавливанию CO2 из атмосферы. Одни расположены около предприятий, работающих на ископаемом топливе, чтобы уменьшить ущерб, а другие нейтрализуют ранее образовавшиеся выбросы. Например, последний тип установки запустили в сентябре 2021 года в Исландии. По информации создателей предприятия — это самый большой завод по улавливанию CO2 из атмосферы. За год установка под названием Orca будет удалять за счет геотермальной энергии по 4 тыс. т CO2: газ закачают глубоко под землю, где примерно через два года он превратится в камень.
В августе 2021 года сотрудники института Пауля Шеррера PSI и Швейцарской высшей технической школы Цюриха опубликовали работу, где описали, как удалять углекислый газ из атмосферы. Они сделали вывод, что если правильно спланировать местоположение установки и обеспечить ее необходимой энергией, то CO2 можно улавливать без вреда для климата.
При обычном процессе выделения CO2 из атмосферы, воздух сначала прогоняют через абсорбент с помощью вентиляторов. Это связывает углекислый газ до тех пор, пока не исчерпается его способность поглощать парниковый газ. После этого, на этапе десорбции, углекислый газ опять высвобождается из абсорбента. Весь этот процесс проходит при температурах до 900 °C, либо при 100 °C.
Авторы выделили опыт швейцарской компании Climeworks: она работает с низкотемпературным процессом. Ученые проанализировали пять подходов к удалению CO2 из атмосферы, а также восемь локаций для размещения установки и выяснили, что этот процесс можно организовать с эффективностью 97%.
Работать в офисе и очищать окружающую среду
Руководители компании Skidmore, Owings & Merrill из США придумали как построить небоскреб, который будет удалять СО2 из воздуха. Они запустили проект Urban Sequoias («Городские секвойи») — это аналогия с небоскребами, которые, как и эти растения, выше обычных домов.
Как рассказали представители компании, один небоскреб будет поглощать до 1 000 т углерода в год. С аналогичным объемом справляются около 48 500 деревьев. Такого результата можно добиться с помощью сразу нескольких установок для удаления углекислого газа: в небоскребе используют специальные стройматериалы, которые сделаны из углеродопоглощающих веществ, например, конопляного бетона, древесины и биобетона. Еще в зданиях будут выращивать водоросли и другие растения, а в самом центре разместят установку, которая напрямую поглощает углерод.
Авторы создали модель функционирования такого здания и выяснили, что оно за 60 лет удалит из воздуха в четыре раза больше углерода, чем будет выделено при строительстве.
Все описанные открытия и работы — это важное дополнение к остальным мерам по сокращению выбросов и стабилизации климата. Исследования в этой сфере необходимы, так как они помогут добиться цели по ограничению глобального потепления на 2°C, эта задача изложена в Парижском соглашении.
Читать далее:
Из-за космических исследований люди могут заразиться внеземными вирусами
Биологи создали бактерию, разрушающую защитную оболочку раковых клеток
«Последний герой»: эти миссии уже не вернутся на Землю, но продолжают передавать информацию