Преобразование CO2 и пластиковых отходов в экологичное топливо

Исследователи из Кембриджского университета разработали реактор на солнечной энергии, который превращает CO2 из промышленных выбросов, воздуха и пластиковых отходов в экологичное топливо и ценные химические вещества. Прорывное исследование подчеркивает важный шаг к экономике замкнутого цикла без использования ископаемого топлива.

Исследователи продемонстрировали, как углекислый газ можно улавливать в промышленных процессах или даже прямо из воздуха и превращать в экологически чистое топливо, используя только энергию Солнца.

Исследователи из Кембриджского университета разработали реактор на солнечной энергии, который превращает захваченный CO 2 и пластиковые отходы в экологичное топливо и другие ценные химические продукты.

В ходе испытаний CO 2 был преобразован в синтез-газ, ключевой строительный элемент экологически безопасного жидкого топлива, а пластиковые бутылки были преобразованы в гликолевую кислоту, которая широко используется в косметической промышленности.

Однако, в отличие от более ранних испытаний их технологии солнечного топлива, команда взяла CO 2 из реальных источников, таких как промышленные выхлопы или сам воздух. Исследователи смогли улавливать и концентрировать CO 2 и превращать его в устойчивое топливо.

Хотя необходимы усовершенствования, прежде чем эту технологию можно будет использовать в промышленных масштабах, результаты, опубликованные в журнале Joule , представляют собой еще один важный шаг на пути к производству экологически чистых видов топлива для питания экономики без необходимости экологически разрушительной добычи нефти и газа.

Разработка устойчивого топлива

В течение нескольких лет исследовательская группа профессора Эрвина Рейснера, базирующаяся на химическом факультете Юсуфа Хамида, разрабатывала устойчивое топливо с нулевым содержанием углерода, вдохновленное фотосинтезом — процессом, с помощью которого растения превращают солнечный свет в пищу — с использованием искусственных листьев. Эти искусственные листья превращают CO 2 и воду в топливо, используя только энергию солнца.

Улавливание углерода из воздуха Фотоэлектрохимическая конверсия в топливо Фотография, показывающая улавливание углерода из воздуха и его фотоэлектрохимическое преобразование в топливо с одновременным преобразованием пластиковых отходов в химические вещества. Предоставлено: Ариффин Мохамад Аннуар.

На сегодняшний день в их экспериментах на солнечной энергии использовался чистый, концентрированный CO 2 из баллона, но для того, чтобы технология имела практическое применение, она должна иметь возможность активно улавливать CO 2 из промышленных процессов или непосредственно из воздуха. Однако, поскольку CO 2 является лишь одним из многих типов молекул в воздухе, которым мы дышим, сделать эту технологию достаточно селективной для преобразования сильно разбавленного CO 2 является огромной технической задачей.

• «Мы заинтересованы не только в декарбонизации, но и в дефоссилизации — нам нужно полностью отказаться от ископаемого топлива, чтобы создать действительно круговую экономику», — сказал Рейснер. «В среднесрочной перспективе эта технология может помочь сократить выбросы углерода, улавливая их из промышленности и превращая во что-то полезное, но в конечном итоге нам нужно полностью исключить ископаемое топливо из уравнения и улавливать CO 2 из воздуха».

Исследователи черпали вдохновение в улавливании и хранении углерода (CCS), где CO 2 улавливается, а затем перекачивается и хранится под землей.

• «CCS — это технология, популярная в отрасли добычи ископаемого топлива как способ сокращения выбросов углерода при продолжении разведки нефти и газа», — сказал Рейснер. «Но если бы вместо улавливания и хранения углерода у нас были улавливание и утилизация углерода, мы могли бы сделать что-то полезное из CO 2 вместо того, чтобы закапывать его под землю с неизвестными долгосрочными последствиями, и отказаться от использования ископаемого топлива».

Исследователи адаптировали свою технологию, работающую на солнечной энергии, так, чтобы она работала с дымовыми газами или непосредственно из воздуха, превращая CO 2 и пластмассы в топливо и химические вещества, используя только энергию солнца.

Барботирование воздуха

Путем барботирования воздуха через систему, содержащую щелочной раствор, CO 2 избирательно улавливается, а другие газы, присутствующие в воздухе, такие как азот и кислород, безвредно выбрасываются наружу. Этот процесс барботирования позволяет исследователям концентрировать CO 2 из воздуха в растворе, что облегчает работу с ним.

Интегрированная система содержит фотокатод и анод. Система состоит из двух отсеков: с одной стороны улавливается раствор CO 2, который преобразуется в синтез-газ, простое топливо. С другой стороны, пластмассы превращаются в полезные химические вещества с использованием только солнечного света.

• «Пластиковый компонент — важная хитрость этой системы», — сказал соавтор доктор Мотиар Рахаман. «Улавливание и использование CO 2 из воздуха усложняет химию. Но если мы добавим в систему пластиковые отходы, пластик отдаст электроны CO2. Пластик распадается на гликолевую кислоту, которая широко используется в косметической промышленности, а CO 2 превращается в синтетический газ, который является простым топливом».
• «Эта система на солнечной энергии берет два вредных продукта отходов — пластик и выбросы углерода — и превращает их во что-то действительно полезное», — сказал соавтор, доктор Саян Кар.
• «Вместо того, чтобы хранить CO 2 под землей, как в CCS, мы можем улавливать его из воздуха и производить из него чистое топливо», — сказал Рахаман. «Таким образом, мы можем исключить производство ископаемого топлива из процесса производства топлива, что, как мы надеемся, поможет нам избежать разрушения климата».
• «Тот факт, что мы можем эффективно извлекать CO 2 из воздуха и делать из него что-то полезное, особенный», — сказал Кар. «Приятно видеть, что мы действительно можем сделать это, используя только солнечный свет».

LR: Эрвин Рейснер, Саян Кар, Мотиар Рахаман. Предоставлено: Ариффин Мохамад Аннуар

В настоящее время ученые работают над настольным демонстрационным устройством с повышенной эффективностью и практичностью, чтобы подчеркнуть преимущества сочетания прямого улавливания воздуха с использованием CO2 как пути к безуглеродному будущему.

Исследование было частично поддержано Научным институтом Вейцмана, стипендией Марии Склодовской-Кюри Европейской комиссии, Программой Winton по физике устойчивого развития и Исследовательским советом по инженерным и физическим наукам (EPSRC), частью Британской исследовательской и инновационной организации. УКРИ). Эрвин Рейснер — научный сотрудник, а Мотиар Рахаман — научный сотрудник Колледжа Святого Иоанна в Кембридже. Эрвин Рейснер возглавляет Кембриджский центр циркулярной пластмассы (CirPlas), целью которого является ликвидация пластиковых отходов путем сочетания голубого неба с практическими мерами.

Источник

Метки: энергия