Хотя углекислый газ составляет очень небольшой процент атмосферы, он играет жизненно важную роль в поддержании жизни на нашей планете. Однако, если этот хрупкий баланс нарушен, избыток углекислого газа может представлять огромную угрозу для окружающей среды и живых существ, которые в ней обитают.
Группа исследователей факультета химического машиностроения Арти МакФеррина Техасского университета A&M недавно опубликовала всеобъемлющую обзорную статью о том, как двуокись углерода может быть выделена с помощью реакций восстановления, а затем преобразована в химические вещества с добавленной стоимостью для топлива, тем самым предоставляя способ перепрофилировать избыток углекислого газа.
«Люди ищут инновационные способы смягчения последствий глобального потепления и минимизации нашего воздействия на окружающую среду», - сказал Денис Джонсон, первый автор исследования и докторант кафедры химического машиностроения. «Благодаря научным достижениям, таким как наши собственные, мы по-прежнему надеемся, что однажды мы сможем начать обращать вспять то, что уже было сделано».
Исследование возглавляет доктор Абдулае Джире, доцент кафедры химического машиностроения, а в соавторстве с доктором Чжи Цяо, бывшим научным сотрудником этого отдела. Исследование было опубликовано в журнале ACS Applied Energy Materials. ?
Как предполагает Джонсон, потенциальным фактором глобального потепления является углекислый газ. Согласно оценке Управления энергетической информации США, если текущая энергетическая структура не будет изменена, уровень углекислого газа в атмосфере будет продолжать расти.
В настоящее время существует несколько способов уменьшить негативное воздействие углекислого газа. Одним из таких методов является декарбонизация, при которой углерод просто удаляется из цепочек поставок. Несмотря на свои обещания, декарбонизация требует использования других источников углерода, таких как жидкое топливо и сырье, что считается неустойчивым. Другой метод, называемый секвестрацией углерода, при котором углерод удаляется из атмосферы, экономически нецелесообразен из-за роста производственных затрат и отсутствия технологий, способных выполнить эту задачу.
«Избыток углекислого газа приносит больше вреда, чем пользы», - сказал Джонсон. «Исследования показали, что продукты, полученные из двуокиси углерода, будь то окись углерода, метанол или этанол, имеют гораздо более широкое применение, чем только двуокись углерода, с дополнительным преимуществом, заключающимся в том, что они представляют меньшую опасность для здоровья и окружающей среды».
Следовательно, исследователи изучают, являются ли реакции восстановления двуокиси углерода, превращающие двуокись углерода в другие соединения углерода с помощью электричества, возможными решениями.
Углекислый газ можно удалять из выбросов или атмосферы с помощью аминовых колонн или аналогичных технологий улавливания углерода и очищать. После очистки углекислого газа исследователи могут провести реакцию восстановления углекислого газа с использованием переходного металла, чтобы инициировать электрохимическую реакцию.
Кроме того, исследователи заявили, что одним из преимуществ этого химического процесса является то, что в зависимости от того, какой переходный металл используется, например, медь или никель, можно производить разные продукты. Углекислый газ можно использовать для производства различных углеродосодержащих продуктов, таких как пропанол для лекарств или этанол для топлива, ценность и универсальность которых гораздо значительнее.
«Допустим, мы вернем все количество углекислого газа, которое мы вложили, мы потенциально могли бы использовать углекислый газ для производства этанола, который затем можно снова смешать с топливом, используя переработанный углекислый газ», - сказал Джонсон.
Статья начинается с обзора электрохимических методов, которые в настоящее время используются для снижения вредного воздействия углекислого газа, и представляет собой полезный ресурс для других исследователей в этой области. Статья сопровождается учебными пособиями по методам, используемым для помощи в анализе катализаторов и продуктов процесса электрохимического восстановления диоксида углерода.
«Этот процесс может коренным образом изменить воздействие углекислого газа, превратив его в форму возобновляемой энергии, одновременно обеспечивая источниками углерода отрасли, зависящие от продукта, уменьшая его негативное воздействие на окружающую среду», - сказал Джире. «Эта работа обобщает то, что мы знаем о переработке и преобразовании углекислого газа, и как мы можем использовать эту информацию в будущем».