Около 2800 г. до н.э. древние жители Ура в Месопотамии сделали открытие, которое должно было изменить цивилизацию. Они узнали, что если смешать медь и олово в сплав, новый композитный материал будет прочнее, полезнее и ценнее любого вещества, созданного человеком на сегодняшний день. Она дала имя целой эпохе, в которой произвела революцию. Бронза.
Более 4000 лет спустя в исследовании, опубликованном в журнале Nature Energy в этом месяце, исследователи из Института интегрированных наук о клеточных материалах (iCeMS) Киотского университета, Лондонского Имперского колледжа и Городского университета Гонконга раскрывают, как они используя этот старый метод для разработки таких же революционных новых материалов, которые решат одну из огромных проблем, влияющих на 21-й век: как улавливать и хранить углекислый газ.
«Легко упустить из виду колоссальный масштаб проблемы», - объясняет профессор Исан Сиванья, который руководил исследованием по разработке мембран со смешанной матрицей (MMM), высокотехнологичных тонких полимерных суперфильтров, которые потенциально произведут революцию в улавливании углерода. и технологии хранения (CCS). Крупнейшие угольные электростанции могут выбрасывать за один день достаточно углекислого газа, чтобы заполнить Великую пирамиду Гизы 12 раз. Кроме того, по всему миру работает более пяти тысяч крупных электростанций, работающих на ископаемом топливе, со средней мощностью около 500 мегаватт, и еще больше подключается к сети. Что это феноменальный объем парниковых газов, который необходимо отделить и хранить.
«До сих пор полимерные мембранные технологии для газоразделения не соответствовали поставленной задаче», - говорит Сиваниа. Либо они слишком медленные, либо, как показано в документе, в случае полимеров с высокой проницаемостью они редко обеспечивают достаточную «селективность» - способность разделять газы - для энергоэффективного улавливания CO2. Это имеет серьезные финансовые последствия для внедрения мембранных технологий в крупномасштабных проектах по улавливанию углерода.
Вот в чем загвоздка. В исследовании, опубликованном в 2016 году в журнале Nature Energy, Дэвид М. Райнер из бизнес-школы судей Кембриджского университета продемонстрировал, как подавляющее большинство демонстрационных проектов УХУ стоимостью в миллиарды долларов, инициированных в Северной Америке, Европейском Союзе и Австралии в 2005-2009 годы расцвета оптимизма в отношении CCS фактически теперь лежат в руинах.
«Чтобы CCS начала играть большую роль в реальности, а не просто в моделях будущего развертывания, - заключает Райнер, - необходимо начать различать более и менее дорогостоящие технологии, [если] CCS выйти из собственной Долины Смерти."
проф. Тацуо Масуда, бывший руководитель проекта «Коалиции по управлению выбросами углерода (CMC)», инициативы Совета по глобальной повестке дня по обезуглероживанию энергии в рамках Всемирного экономического форума, подчеркивает: «Новые технологии самых передовых университетов, такие как разработанные Профессор Сивания в Киото, которые решают как проблемы производительности, так и проблемы затрат в CCS, должны быть ускорены до пилотной деятельности и деятельности по внедрению, поскольку потребность в таких технологических прорывах является самой высокой, как никогда раньше. Это ключ».
«Как и те древние жители Месопотамии, когда мы столкнулись с новыми требованиями, нам понадобились новые революционные материалы», - объясняет Сивания. Группа, хорошо осведомленная о проблемах доступности, а также скорости и избирательности, обратилась к Минфинам. Это наноразмерные добавки, впервые разработанные выдающимся японским ученым Сусуму Китагава. Включив эти революционные наночастицы в современный полимер PIM-1, первоначально открытый в Манчестерском университете профессорами Питером Баддом и Нилом МакКауном, международной группе удалось создать мембраны со смешанной матрицей (MMM) со значительным повышением селективности.
"Мы значительно расширили их возможности, а это означает, что мы потенциально можем добиться значительного сокращения затрат на крупномасштабные программы CCS. Десятикратное сокращение затрат на крупные проекты не является чем-то невообразимым, что вполне может вернуть программы CCS обратно в рамки область политической приемлемости."