Исследовательская группа из U of T Engineering разработала новый электрохимический способ преобразования CO2 в ценные продукты, такие как реактивное топливо или пластмассы. Эта технология может значительно улучшить экономические показатели улавливания и переработки углерода непосредственно из воздуха.
«Сегодня технически возможно улавливать CO2 из воздуха и в несколько этапов преобразовывать его в коммерческие продукты», - говорит профессор Тед Сарджент, возглавлявший исследование. Исследовательская команда. «Проблема в том, что для этого требуется много энергии, что повышает стоимость и снижает стимулы. Наша стратегия повышает общую энергоэффективность за счет предотвращения некоторых наиболее энергоемких потерь.
Прямое улавливание углерода из воздуха - это новая технология, с помощью которой компании стремятся производить топливо или пластик из углерода, который уже находится в атмосфере, а не из ископаемого топлива. Канадская компания Carbon Engineering, построившая пилотную установку в Сквамише, Британская Колумбия, улавливает CO2, пропуская воздух через щелочной жидкий раствор. CO2 растворяется в жидкости, образуя вещество, называемое карбонатом.
Для полной переработки растворенный карбонат обычно снова превращается в газ CO2, а затем в химические строительные блоки, составляющие основу топлива и пластмасс. Один из способов сделать это - добавить химические вещества, которые превращают карбонат в твердую соль. Затем этот солевой порошок нагревают при температуре выше 900°C для получения газа CO2, который может подвергаться дальнейшим превращениям. Энергия, необходимая для этого нагрева, увеличивает стоимость получаемых продуктов.
Альтернативный метод команды U of T Engineering использует электролизер, устройство, использующее электричество для запуска химической реакции. Ранее использовав электролизеры для производства водорода из воды, они поняли, что их также можно использовать для прямого преобразования растворенного карбоната обратно в CO2, полностью пропуская этап промежуточного нагрева.
«Мы использовали биполярную мембрану, новую конструкцию электролизера, которая отлично подходит для генерации протонов», - говорит Геонхуи Ли, который вместе с докторантом Ю. Крисом Ли является одним из ведущих авторов новой статьи в ACS Energy Letters. который описывает технику. «Эти протоны были именно тем, что нам нужно, чтобы превратить карбонат обратно в газ CO2».
Их электролизер также содержит катализатор на основе серебра, который немедленно превращает произведенный CO2 в газовую смесь, известную как синтетический газ. Синтез-газ является обычным химическим сырьем для хорошо зарекомендовавшего себя процесса Фишера-Тропша, и его можно легко превратить в широкий спектр продуктов, включая топливо для реактивных двигателей и прекурсоры пластика.
«Это первый известный процесс, который может пройти весь путь от карбоната до синтез-газа за одну стадию», - говорит Сарджент.
Хотя многие типы электролизеров использовались для преобразования CO2 в химические строительные блоки, ни один из них не может эффективно справляться с карбонатом. Кроме того, тот факт, что CO2, растворенный в жидкости, так легко превращается в карбонат, является серьезной проблемой для существующих технологий.
«Как только CO2 превращается в карбонат, он становится недоступным для традиционных электролизеров», - говорит Ли. «Это одна из причин, по которой они имеют низкую производительность и низкую эффективность. Наша система уникальна тем, что обеспечивает 100% утилизацию углерода: углерод не тратится впустую. Она также генерирует синтез-газ как единый продукт на выходе, сводя к минимуму стоимость продукта. очищение.
В лаборатории команда продемонстрировала способность преобразовывать карбонат в синтетический газ с общей энергоэффективностью 35%, и электролизер оставался стабильным в течение более шести дней работы.
Сарджент говорит, что потребуется дополнительная работа, чтобы масштабировать процесс до уровней, необходимых для промышленного применения, но исследование, подтверждающее концепцию, демонстрирует жизнеспособный альтернативный путь для прямого улавливания и утилизации углерода.
«Это имеет большое значение для ответа на вопрос, будет ли когда-нибудь возможно использовать CO2 с коммерческой точки зрения», - говорит он. «Это ключевой шаг к закрытию углеродной петли».