В гонке за сокращение выбросов парниковых газов по всему миру ученые Массачусетского технологического института (MIT) обратились к технологиям улавливания углерода для декарбонизации наиболее неуступчивых промышленных предприятий. Особенно трудно поддаются декарбонизации сталелитейная, цементная и химическая отрасли, поскольку углерод и ископаемое топливо являются неотъемлемыми компонентами их производства. Технологии, позволяющие улавливать выбросы углерода и преобразовывать их в формы, используемые в производственном процессе, могли бы способствовать снижению общего объема выбросов в этих «трудноуничтожимых» отраслях. Однако до сих пор экспериментальные технологии, позволяющие улавливать и преобразовывать углекислый газ, представляют собой два отдельных процесса, которые сами по себе требуют огромного количества энергии. Специалисты Массачусетского технологического института стремятся объединить эти два процесса в одну интегрированную и гораздо более энергоэффективную систему, которая в перспективе могла бы работать на возобновляемых источниках энергии для улавливания и преобразования углекислого газа из концентрированных промышленных источников. В исследовании, опубликованном сегодня в журнале ACS Catalysis, ученые раскрывают скрытый принцип работы системы улавливания и преобразования углекислого газа с помощью одного электрохимического процесса. Этот процесс включает в себя использование электрода для притягивания углекислого газа, выделяющегося из сорбента, и его преобразования в восстановленную форму, пригодную для повторного использования. Другие исследователи уже сообщали о подобных демонстрациях, но механизмы, приводящие в действие электрохимические реакции, оставались неясными. Группа специалистов Массачусетского технологического института провела обширные эксперименты для определения этого механизма и пришла к выводу, что в конечном итоге все сводится к парциальному давлению углекислого газа. Другими словами, чем более чистый углекислый газ контактирует с электродом, тем эффективнее электрод может захватывать и преобразовывать молекулу. Знание этого основного фактора, или «активного вида», может помочь ученым настроить и оптимизировать аналогичные электрохимические системы для эффективного захвата и преобразования углекислого газа в комплексном процессе. Результаты исследования свидетельствуют о том, что, хотя подобные электрохимические системы, вероятно, не подойдут для работы в очень разбавленных средах (например, для улавливания и преобразования выбросов углерода непосредственно из воздуха), они будут хорошо подходить для высококонцентрированных выбросов, образующихся в ходе промышленных процессов, особенно тех, которые не имеют очевидной возобновляемой альтернативы.
Соавторами исследования в Массачусетском технологическом институте являются ведущий автор и постдок Грэм Леверик и аспирантка Элизабет Бернхардт, а также Айсиах Иллиани Исмаил, Джун Хуи Лоу, Ариф Арифутзаман и Мохамед Хейреддин Аруа из университета Санвей (Малайзия). Разрыв связейТехнологии улавливания углерода предназначены для улавливания выбросов, или «дымовых газов», из дымовых труб электростанций и производственных предприятий. Для этого, в первую очередь, используются крупные модернизированные установки, которые направляют выбросы в камеры, заполненные „улавливающим“ раствором — смесью аминов или соединений на основе аммиака, которые химически связываются с углекислым газом, образуя стабильную форму, которую можно отделить от остального дымового газа. Затем под воздействием высоких температур, обычно в виде пара, вырабатываемого на ископаемом топливе, уловленный углекислый газ освобождается от аминных связей. В чистом виде газ может закачиваться в резервуары или подземные хранилища, минерализоваться или перерабатываться в химические вещества или топливо.
Ее группа в Массачусетском технологическом институте разрабатывает электрохимическую систему, которая одновременно рекуперирует уловленный углекислый газ и преобразует его в уменьшенный, пригодный для использования продукт. По ее словам, такая интегрированная, а не разрозненная система может полностью питаться возобновляемой электроэнергией, а не паром, получаемым из ископаемого топлива. В основе их концепции лежит электрод, который помещается в существующие камеры растворов для улавливания углерода. При подаче напряжения на электрод электроны попадают на реактивную форму углекислого газа и превращают ее в продукт, используя протоны, поступающие из воды. Таким образом, сорбент становится доступным для связывания большего количества углекислого газа, а не для использования пара. Ранее Галлант продемонстрировала, что этот электрохимический процесс может работать для улавливания и преобразования углекислого газа в твердую карбонатную форму.
СО2 солоВ новом исследовании специалисты Массачусетского технологического института заглянули под капот с увеличительным стеклом, чтобы выяснить, какие именно реакции лежат в основе электрохимического процесса.В лаборатории были получены растворы аминов, напоминающие промышленные растворы, используемые для извлечения углекислого газа из дымовых газов. Методично изменяли различные свойства каждого раствора, такие как pH, концентрация и тип амина, затем пропускали каждый раствор через серебряный электрод — металл, широко используемый в электролизе и известный тем, что эффективно преобразует углекислый газ в монооксид углерода.В конце реакции измеряли концентрацию образовавшегося монооксида углерода и сравнивали ее с концентрацией всех остальных растворов, чтобы определить, какой параметр в наибольшей степени влияет на количество образовавшегося монооксида углерода. В итоге выяснилось, что наибольшее значение имеет не тип амина, используемого для первоначального улавливания углекислого газа, как предполагали многие. А концентрация одиночных, свободно плавающих молекул углекислого газа, которые не вступают в связь с аминами, но, тем не менее, присутствуют в растворе. Этот «соло-СО2» и определял концентрацию образующегося в итоге монооксида углерода.Мы обнаружили, что этот „одиночный“ CO2 легче вступает в реакцию, чем CO2, захваченный амином», — говорит Леверик.»Это говорит будущим исследователям о том, что данный процесс может быть применим в промышленных потоках, где высокие концентрации углекислого газа могут быть эффективно уловлены и преобразованы в полезные химические вещества и топливо».
Исследование выполнено при поддержке университета Sunway в Малайзии. 07.09.2023 |
Экология
Моллюски исследуют чистоту воды дешевле традиционных датчиков | |
Ученые придумали систему для проверки кач... |
Сельскохозяйственные угодья вблизи слияния рек смягчат последствия наводнений | |
Сельскохозяйственные угодья около места, где&n... |
Nature Chemical Engineering: Ученые реанимировали полимер для средств очистки | |
Микропластик представляет собой опасность для&... |
FEnvS: 3D-сканирование гигантских градин поможет предсказывать бури | |
Градины образуются во время грозы, когда ... |
ES&T: Ученые исследовали риски отравления из-за токсичных бытовых предметов | |
Химический состав 81 обычного бытового предмет... |
В Самарском политехе нашли способ спасти урожай от вредителей | |
Ученые под руководством Тимура Амирова, и... |
Biology Letters: Голодные мучные черви поглощают микропластик и набирают вес | |
Пластиковое загрязнение происходит в кажд... |
Nature Communications: Таяние льдов в Арктике ускорилось | |
Первое в истории лето, когда растает прак... |
Environmental Archaeology: Древние агроэкосистемы спасут сельское хозяйство | |
По мере того как глобальные водные ресурс... |
В РУДН придумали, как превратить парниковые газы в полезное вещество | |
Ученые создали катализатор из никеля с&nb... |
ACS ES&T Water: Ученые из Осаки совершили прорыв в области контроля влажности | |
Собирать влагу из воздуха и уменьшат... |
В ПНИПУ предложили проект хранилища CO2 с окупаемостью за 15 лет | |
Глобальное потепление — одна из&nbs... |
Science: Новая мембрана отделяет воду от нефти с 99,9% эффективностью | |
Китайские ученые разработали новый, очень эффе... |
E&ES: Создан новый катализатор для электрохимии на основе серебра и кремнезема | |
Новый материал, состоящий из серебра и&nb... |
JACS: Чтобы отследить реакцию убийцы озона на свет, пришлось обогнать молекулы | |
Исследователи впервые увидели, как бромоф... |
В ТПУ открыт экологичный способ получения катализаторов для очистки газов | |
Новый метод производства высокоэффективных кат... |
LinUni: Опасные оранжевые почвы угрожают экосистеме больше, чем когда-либо | |
Кислые сульфатные почвы имеют оранжевый оттено... |
ES&T: Волокна на биооснове изводят земляных червей быстрее, чем полиэфирные | |
Материалы на биологической основе могут б... |
На Урале предложили высаживать коноплю для поглощения углекислого газа | |
Техническая конопля на Урале может давать... |
Climate of the Past: Озеленение Сахары может изменить климат Северного полушария | |
Пустыня Сахара — это огромное ... |
ТПУ: биомасса в топливе повышает его эффективность на 12% | |
Новый вид шламового биотоплива разработал... |
PNAS: 20-летнее исследование поможет переосмыслить модели изменения климата | |
Первое долгосрочное изучение потоков CO₂ в&nbs... |
MPB: Космические спутники помогут искать пластиковый мусор на пляжах | |
Новый метод обнаружения пластикового мусора на... |
Таяние арктических льдов может привести к похолоданию — есть пример из прошлого | |
Усиленное таяние арктического морского льда, в... |
Ученые предложили добавлять гипс в буровые отходы для повышения экологичности | |
При бурении скважин используются растворы, сод... |
В ПГУ создают экономичные фотокатализаторы для очистки воды и воздуха | |
Фотокатализаторы на основе наноматериалов... |
Фон в норме: океанологи исследовали ядерные захоронения в северных морях | |
Захоронения ядерных отходов в Карском и&n... |
Ecology: Из-за потепления белые медведи и ездовые собаки травмируют лапы | |
У белых медведей в некоторых районах Аркт... |
JHazMat: Дизайнерский биочар вычистил из воды фармпрепараты и нутриенты | |
Ибупрофен, как и многие другие лекар... |
В ТГУ создали сорбент для улавливания углекислого газа на МКС и подлодках | |
Томские химики создали новый материал, который... |