Ученые из Мичиганского университета придумали, как превратить углекислый газ — вредный промышленный отход, загрязняющий атмосферу, — во что-то  полезное. А именно в основу для производства цемента.

Результаты опубликованы в издании Advanced Materials.

Химик Чарльз Маккрори и его команда вместе с коллегами из Калифорнийского университета в Дейвисе и Лос-Анджелесе разработали метод, который позволяет улавливать CO₂ и преобразовывать его в оксалаты металлов. Эти соединения можно использовать как сырье для цемента.

Мы берем то, что считается бесполезным отходом, и делаем из него цемент, — объясняет Маккрори. — Это не просто захоронение CO₂, а его переработка во что-то  нужное.

Идея родилась в Центре по закрытию углеродного цикла (4C), который финансируется Министерством энергетики США.

Одна из задач центра — найти способы превращать углекислый газ в топливо и полезные материалы.

Обычный цемент, портландцемент, делают из известняка и силикатов кальция.

Его производство требует много энергии и оставляет огромный углеродный след.

Ученые искали способ создать альтернативу, используя CO₂.

Оказалось, что оксалаты металлов — простые соли — могут стать основой для нового вида цемента.

Раньше для их получения из CO₂ использовали свинец, но в больших количествах он опасен.

Команда 4C нашла способ сократить его содержание до миллиардных долей, обернув катализатор полимерами.

Оксалаты металлов — это соли, в которых металл (например, кальций или железо) соединен с оксалат-ионом (C₂O₄²⁻). Они образуют кристаллы, нерастворимые в воде. В природе встречаются в некоторых минералах, а в организме человека избыток оксалатов может приводить к камням в почках. В этом исследовании их используют как «кирпичики» для нового типа цемента.

Маккрори объясняет:

Мы контролируем химическое окружение катализатора, чтобы ускорить реакцию. Так нам нужно в разы меньше свинца.

Процесс выглядит так:

• На одном электроде CO₂ превращается в оксалат-ионы.
• На другом — металл окисляется, его ионы связываются с оксалатом и выпадают в осадок.

Получается твердый оксалат металла, который можно использовать в производстве цемента, — говорит Маккрори.

Хесус Веласкес из UC Davis, один из авторов исследования, добавляет:

Оксалаты металлов — перспективное направление. Они могут стать не только основой для цемента, но и способом хранения CO₂.

Анастасия Александрова из UCLA провела расчеты, подтверждающие, что метод работает.

Часто катализаторы находят случайно, а промышленные решения оказываются сложными. Здесь мы видим, как даже следовые примеси свинца могут ускорять реакцию.

Маккрори уверен: если превратить CO₂ в твердый оксалат, он не вернется в атмосферу. Это не просто улавливание — мы создаем полезный материал.

Сейчас ученые работают над масштабированием процесса. Электролиз CO₂ уже можно проводить в больших объемах, но с осаждением оксалатов еще предстоит разобраться.

До внедрения далеко, но метод реализуем, — говорит Маккрори. — Именно поэтому мы снизили содержание свинца: иначе масштабирование было бы экологически рискованным.

Главный плюс — двойной эффект: сокращение выбросов CO₂ и создание сырья для строительной отрасли. Если метод удастся масштабировать, это может:

• Снизить зависимость от добычи известняка, который сегодня — основа цемента.
• Уменьшить углеродный след строительства (на производство цемента приходится ~8% мировых выбросов CO₂).
• Дать промышленности экономический стимул улавливать CO₂ вместо его выброса.

Но ключевой вопрос — рентабельность. Пока неясно, сможет ли такой цемент конкурировать по цене с традиционным.

Основная слабая точка — использование свинца, даже в следовых количествах. Промышленность и регуляторы крайне осторожны с такими веществами. Даже если содержание минимально, потребуются дорогие системы контроля, чтобы исключить риски для здоровья и окружающей среды. Кроме того, пока не доказано, что оксалатный цемент будет так же прочен и долговечен, как портландцемент.

Ранее ученые создали заменитель цемента из отходов.