JACS: На технологию для преобразования CO₂ в топливо и химикаты вдохновил лотос

Исследователь из Университета Центральной Флориды создал новую технологию, которая улавливает углекислый газ и производит из него топливо и химикаты.

Устройство, созданное ученымпо имени Янг Янг, доцентом Технологического центра нанонауки UCF, улавливает CO₂ с помощью микроповерхности из плёнки оксида олова и слоя фтора. Затем устройство извлекает углекислый газ через барботирующий электрод и преобразует его в монооксид углерода и муравьиную кислоту, которые являются важным сырьём для производства химикатов.

Эта технология, описанная в исследовании Journal of the American Chemical Society, направлена на устойчивое сокращение углеродного следа и производство альтернативной энергии.

Янг, член кластера UCF по возобновляемым источникам энергии и химическим преобразованиям (REACT), говорит: «Мы хотим создать лучшую технологию, чтобы сделать наш мир лучше и чище». Он предлагает разработать новый материал для захвата углекислого газа и преобразования его в химические вещества.

Эту технологию можно использовать на электростанциях, промышленных объектах или химических производствах.

Дизайн по природному образу

Янг рассказал, что идея устройства для снижения воздействия человека на окружающую среду была вдохновлена природой.

Учёные хотят понять, как устроены деревья и животные. В этой работе они изучали лотос. Известно, что у него есть особое свойство — его поверхность отталкивает воду. Это натолкнуло учёных на мысль создать технологию улавливания углекислого газа. Она будет работать по тому же принципу, что и поверхность лотоса: вода будет отделяться от реакции преобразования углекислого газа, стекая по изготовленной гидрофобной поверхности устройства.

Янг считает, что нужно следить за количеством воды на поверхности материалов. Излишек воды может привести к поломке устройства или нарушить процесс преобразования углекислого газа.

Преобразование углекислого газа происходит через электрод. Этот процесс можно настроить точнее, чем естественный фотосинтез.

В результате электрокаталитической реакции восстановления из углекислого газа получаются такие вещества, как метанол, метан, этилен, этанол, ацетат и пропанол. Состав зависит от катализатора и пути реакции.

Мы хотим создать материал, который будет быстро улавливать молекулы углекислого газа из воздуха и превращать их в химические вещества, — говорит Янг.

Мы снижаем концентрацию углекислого газа в воздухе и преобразуем его в жидкую и газовую фазу, чтобы использовать эти химикаты для других целей.

Особенно сложно было уменьшить количество воды на поверхности каталитических материалов при воздействии на компоненты газообразного углекислого газа в жидком электролите.

Янг утверждает, что большое количество воды может привести к образованию водорода вместо преобразования углекислого газа в химические вещества. Это снизит энергоэффективность процесса.

Если материалы будут отталкивать воду от поверхности, то можно избежать образования водорода и повысить эффективность восстановления углекислого газа. В таком случае почти вся электроэнергия будет использоваться для реакции.

Расширение масштабов

Многие пытаются уменьшить количество углекислого газа в атмосфере: сажают деревья и разрабатывают технологии улавливания CO₂.

Янг считает, что его устройство для улавливания и преобразования углекислого газа может стать хорошей альтернативой другим методам.

По его мнению, экологически чистая электроэнергия поможет внедрить технологию преобразования углекислого газа.

Мы можем использовать возобновляемую энергию, такую как солнечная или ветровая, — говорит он.

Технология основана на исследованиях Янга в области энергетики, проведённых в UCF три года назад. Тогда были созданы новые материалы для топливных элементов с использованием фторированного углерода.

Янг считает, что это исследование — первый и важный шаг в создании более масштабных методов улавливания углекислого газа.

Мы проверили работу наших реакторов, но хотим разработать более крупный прототип. Он покажет, как быстро мы можем преобразовывать и снижать концентрацию углекислого газа, а также производить химикаты или топливо на основе нашего крупномасштабного прототипа.

20.08.2024