Тысячи метрических тонн двуокиси углерода (CO2), ежегодно выбрасываемой электростанциями, не должны попадать в атмосферу. Исследователи с оптимизмом смотрят на то, что в течение следующего десятилетия мы сможем недорого улавливать отходы CO2 и преобразовывать их в полезные молекулы для сырья, биотоплива, фармацевтических препаратов или возобновляемых видов топлива. 29 марта в журнале Joule группа канадских и американских ученых описала свое видение того, что мы должны сделать с CO2 и как мы можем это сделать.
Подобно тому, как растение использует углекислый газ, солнечный свет и воду для производства сахара для себя, мы заинтересованы в использовании технологии получения энергии солнца или других возобновляемых источников для преобразования CO2в небольшие молекулы строительных блоков, которые затем можно модернизировать с помощью традиционных средств химии для коммерческого использования», - говорит Фил Де Луна, кандидат наук в области материаловедения. «Мы черпаем вдохновение у природы и делаем это быстрее и эффективнее».
Де Луна является первым автором статьи вместе с докторантом Александром Бушуевым, оба из которых являются членами лаборатории Эдварда Сарджента в Университете Торонто. Сарджент, старший автор, является профессором кафедры электротехники и вычислительной техники.
Их анализ выявил ряд возможных малых молекул, которые имеют экономический смысл и могут быть получены путем преобразования захваченного CO2 Для нужд хранения энергии можно использовать водород, метан и этан. используется в биотопливе. Кроме того, этилен и этанол могут служить строительными блоками для ряда потребительских товаров, а муравьиная кислота, полученная из CO2, может использоваться в фармацевтической промышленности или в качестве топлива в топливных элементах.
В то время как современные технологии, которые могут улавливать отходы CO2, все еще находятся в зачаточном состоянии, а новые стартапы в настоящее время разрабатывают стратегии для коммерческого использования, исследователи предполагают, что в ближайшие десятилетия внесите значительные улучшения, чтобы сделать захват и преобразование CO2 реальностью. В течение 5-10 лет электрокатализ, который стимулирует химические реакции с помощью электричества, может помочь в этом процессе. А через 50 или более лет молекулярные машины или нанотехнологии смогут стимулировать конверсию.
«Это все еще технология будущего, - говорит Бушуев, - но теоретически она возможна и осуществима, и мы рады ее расширению и внедрению. Если мы продолжим работать над этим, это вопрос время, прежде чем у нас появятся электростанции, на которых CO2 выбрасывается, улавливается и преобразуется.
Авторы осведомлены об ограничениях улавливания и преобразования углерода. Во-первых, его критиковали за экономическую нецелесообразность, особенно из-за стоимости электроэнергии, необходимой для проведения этих химических реакций, но она, вероятно, снизится по мере распространения возобновляемых источников энергии с течением времени. Во-вторых, есть несколько заводов с высоким углеродным следом, которые выбрасывают чистый CO2, необходимый для конверсии, но технология, которая могла бы помочь в этом вопросе, находится в разработке.
«Написание этой статьи было вызвано тем, что мы хотели получить четкое представление о том, может ли это быть экономически жизнеспособным и стоит ли вкладывать в него время», - говорит Де Луна. «В этой статье показан путь того, что мы можем сделать с конверсией углекислого газа в ближайшие десятилетия».
Многие идеи для анализа были разработаны в сотрудничестве с Линг Тао, Женевьев Саур и Джао ван де Лагемаат из Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии США.