Ученые из Университета Райса нашли простой способ резко улучшить стабильность устройств, превращающих углекислый газ в топливо и химикаты. Оказалось, достаточно пропустить CO₂ через кислоту — и система будет работать в десятки раз дольше.

Результаты опубликованы в издании Science.

Проблема, с которой сталкивались все подобные технологии, — засорение солями. Когда CO₂ взаимодействует с ионами калия в щелочной среде, образуется бикарбонат калия. Он кристаллизуется, забивает каналы, и устройство быстро выходит из строя. Обычно это происходит за несколько сотен часов, что делает технологию нерентабельной.

Команда под руководством Хаотяня Вана предложила неожиданное решение: вместо воды увлажнять CO₂ парами кислоты — соляной, муравьиной или уксусной. Кислота в микродозах попадает в реактор и меняет химию процесса. Новые соли, которые образуются вместо бикарбоната, хорошо растворяются и не забивают систему.

Результаты впечатляют:

• Лабораторный реактор с серебряным катализатором проработал 2000 часов без сбоев.
• Промышленный вариант площадью 100 см² показал рекордные 4500 часов стабильной работы.
  Для сравнения: стандартные системы на воде «умирали» уже через 80 часов из-за солевых отложений.

Метод работает с разными катализаторами — оксидом цинка, меди, висмута — и совместим с большинством мембран. Кислота не разъедает компоненты, потому что ее концентрация минимальна.

Чтобы увидеть разницу, ученые собрали прозрачный реактор. При обычном увлажнении кристаллы солей появлялись уже через 48 часов. С кислотой — даже через сотни часов налета почти не было, а мелкие отложения быстро растворялись.

Кислотный пар растворяет соли и превращает бикарбонат калия в более растворимые соединения, — объясняет Шаюнь Хао, соавтор исследования. — Это простой, но эффективный способ избежать засорения, не трогая катализатор.

Технология открывает путь к коммерческим CO₂-электролизерам, которые смогут годами работать без поломок. И все, что нужно для апгрейда, — заменить воду в увлажнителе на кислоту.

Электролизер — устройство, где под действием электричества вещества разлагаются на компоненты (например, CO₂ на угарный газ и кислород). В данном случае он работает как «фабрика», перерабатывающая вредный газ во что-то полезное.

Это прорыв, — говорит аспирант Ахмад Эльгаззар. — Мы устранили главное препятствие дешевым и универсальным методом. Теперь утилизация углекислого газа стала ближе к реальности.

Что это дает:

• Промышленность — установки смогут работать годами без остановки на чистку, что критично для заводов по переработке CO₂.
• Экология — если технологию масштабировать, она снизит выбросы предприятий, превращая CO₂ в сырье вместо его захоронения.
• Экономика — себестоимость продуктов электролиза (например, этилена для пластиков) упадет, сделав «зеленую» химию конкурентоспособной.

Отметим, что исследователи тестировали метод только в лабораторных условиях с очищенным CO₂. В реальности промышленные выбросы содержат примеси (SO₂, NOx), которые могут реагировать с кислотой и давать побочные продукты. Неясно, как это повлияет на долговечность системы.

Ранее российские ученые разработали технологию получения водорода из природного газа в лазерной плазме.