Углекислый газ из зданий может стать новым источником метанола

Исследователи из Университета Западной Вирджинии сделали первые шаги к разработке технологии улавливания углекислого газа в воздухе и его использования для экологически чистого производства метанола.

Процесс, который они начали моделировать и который включает в себя забор воздуха из зданий, может увеличить устойчивые поставки метанола, одного из наиболее широко используемых в мире сырьевых материалов, и одновременно удалить из атмосферы парниковый газ, вызывающий потепление планеты.

Руководитель проекта Сингбо Лю (Xingbo Liu), профессор, заместитель декана по научной работе и заведующий кафедрой инженерии в Колледже инженерии и минеральных ресурсов WVU имени Бенджамина М. Статлера, поясняет:

Метанол, или древесный спирт, имеет очень много применений — это один из самых распространенных химических продуктов в мире. Он может использоваться как сам по себе, так и в качестве сырья для производства других продуктов, таких как краска, грунтовка или изоляция.

Метанол обычно производится из ископаемого топлива, например, сланцевого газа, но Лю и его партнеры считают, что нашли способ устранить вредные выбросы в атмосферу в процессе производства, собирая углерод, необходимый для синтеза метанола, из воздуха зданий, например, больших многоквартирных или офисных комплексов.

Проект первой фазы поддерживается финансированием Министерства энергетики США в размере 400 тыс. долларов.

Предполагаемая система производства метанола будет подключаться непосредственно к существующим блокам отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха на крыше, которые обычно устанавливаются в коммерческих и жилых зданиях. Оборудование может собирать углерод из воздуха, который высасывается из здания системами отопления и кондиционирования.

Кроме того, оборудование может производить собственный водород, не содержащий углерода, используя солнечные батареи или другие возобновляемые источники энергии для питания твердооксидных электролизных элементов, способных расщеплять воду на кислород и водород.

Катализатор позволяет объединить эти трудно транспортируемые газы углерод, водород и кислород и превратить их в легко транспортируемый жидкий метанол прямо на месте. Затем метанол может быть подан по трубопроводу сверху или сбоку здания в автоцистерну.

Шринивас Паланки, профессор и заведующий кафедрой химической и биомедицинской инженерии колледжа Статлер, и Дебангсу Бхаттачария, профессор GE Plastics, возглавляют исследование вместе с Лю в сотрудничестве с промышленными партнерами OxEon Energy, Tennessee Valley Authority и Tallgrass.

Партнерами по проекту являются Эдгар Лара-Курцио, Хай-Йинг Чен, Мишель Киддер и Кашиф Наваз, исследователи из федеральной энергетической исследовательской лаборатории Oak Ridge National Laboratory, сотрудничающей с университетом в текущих работах по декарбонизации.

По словам Лю, метанол, уже пользующийся большим спросом, все еще имеет возможности для роста на новых рынках.

Метанол также может быть полезен на транспорте, — сказал он.

Сейчас, когда вы подходите к бензоколонкам, у вас часто есть возможность выбрать «гибкое топливо», представляющее собой бензин, смешанный с этанолом. Так вот, с метанолом можно сделать нечто подобное, заменив им этанол в бензиновой смеси.

Лю подчеркнул низкую стоимость и эффективность процесса — он не только собирает углерод из воздуха, но и получает необходимое для работы тепло от кондиционера, к которому он подключен.

Если у вас есть система кондиционирования воздуха, расположенная на земле снаружи вашего здания, то летом вы держитесь от нее подальше, потому что там очень жарко, верно? На самом деле, они обеспечивают подачу холодного воздуха в здание, производя еще больше горячего воздуха снаружи, за счет отработанного тепла. Теперь мы можем использовать это в своих интересах, поскольку разрабатываемая нами система нуждается в этом тепле.

По словам Лю, наиболее совершенный из существующих методов удаления углерода из атмосферы — «улавливание из точечных источников» — применим только для „огромных объектов, таких как угольные или газовые электростанции, которые выбрасывают большое количество углекислого газа каждый час в течение дня“.

Метод, который он будет изучать, — «прямое улавливание воздуха» — не является конкурентом улавливанию из точечных источников. Его масштабы уменьшены для работы с объемами углекислого газа, выделяемого такими установками отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха на крышах зданий, как здание инженерных наук WVU.

По сравнению с существующими технологиями прямого улавливания воздуха, Лю ожидает, что система, которую моделирует его команда, будет иметь значительно более низкие капитальные, эксплуатационные и технические барьеры для внедрения.

Мы работаем над созданием высокоинтегрированного и оптимизированного процесса с использованием современных технологий прямого улавливания воздуха, электролиза и синтеза метанола, который приведет к экономически эффективному производству экологически чистого метанола с чистотой более 99,7%, — сказал он.

Мы надеемся снизить стоимость технологии снижения выбросов углекислого газа и обеспечить углеродно-нейтральное решение для производства этого распространенного химического вещества, максимально используя уловленный углекислый газ и минимизируя воздействие на окружающую среду.

13.09.2023