Нова технологія перетворює вуглекислий газ на метанове паливо

Відповідно до дослідження, новий метод має потенціал для значної економії енергії. Хіміки розробили інноваційний метод уловлювання та перетворення вуглекислого газу на метан, підвищуючи ймовірність того, що майбутні газові викиди можна буде перетворити на альтернативне паливо за допомогою електроенергії з відновлюваних джерел.

Вуглекислий газ (CO₂) є парниковим газом, який значною мірою сприяє потеплінню клімату на Землі та виробляється електростанціями, заводами та різними видами транспорту. Типові системи вловлювання вуглецю, спрямовані на зменшення його присутності в атмосфері, знижують викиди вуглекислого газу шляхом ізоляції CO₂ від інших газів і перетворення його на корисні продукти. Однак цей процес важко реалізувати в промислових масштабах через величезну кількість енергії, необхідної для роботи цих систем.

Оптимізований підхід із нікелевими каталізаторами

Тепер, використовуючи спеціальний каталізатор на основі нікелю, дослідники знайшли спосіб заощадити велику частину цієї дорогоцінної енергії, перетворивши вловлений вуглекислий газ безпосередньо на метан, сказав Томаз Невес-Гарсія, провідний автор дослідження та нинішній докторант з хімії. та біохімії в Університеті штату Огайо.

Використовуючи атоми нікелю, розміщені на наелектризованій поверхні, команда змогла безпосередньо перетворити карбамат, уловлену форму вуглекислого газу, на метан. Вони виявили, що атоми нікелю, дешевий і широкодоступний каталізатор, надзвичайно добре справляються з цим перетворенням.

«Ми йдемо від молекули, яка має низьку енергію, і виробляємо з неї паливо з високою енергією», — сказав Невес-Гарсія. «Що робить це таким цікавим, так це те, що інші вловлюють, відновлюють і потім перетворюють вуглекислий газ поетапно, а ми економимо енергію, виконуючи ці кроки одночасно».

Найважливіше те, що оптимізація процесу уловлювання вуглецю допомагає переосмислити те, що вчені знають про вуглецевий цикл, і є життєво важливим кроком до створення більш складних стратегій для швидших і ефективніших технологій пом’якшення клімату.

«Нам потрібно зосередитися на витрачанні найменшої кількості енергії для уловлювання та перетворення вуглецю», — сказав Невес-Гарсія. «Тож замість того, щоб виконувати всі етапи захоплення та перетворення незалежно, ми можемо об’єднати це в один крок, минаючи марнотратні процеси енергії».

Стаття була нещодавно опублікована в журналі Американського хімічного товариства.

Незважаючи на те, що багато методів уловлювання вуглецю все ще знаходяться на ранніх стадіях, і дослідники з багатьох галузей працюють над їх удосконаленням, сфера є багатообіцяючою, сказав Невес-Гарсія.

Замикання циклу вуглецю за допомогою метану

Перетворення CO₂ на паливо за допомогою відновлюваної електроенергії має потенціал для закриття вуглецевого циклу. Наприклад, коли метан спалюється для отримання енергії, він виділяє вуглекислий газ, який, якщо його вловити та перетворити назад на метан, може призвести до безперервного циклу виробництва енергії без збільшення тягаря глобального потепління на Землі.

Дослідження також є першим випадком, коли дослідники виявили, що вони можуть використовувати електрохімію для досягнення перетворення карбамату на метан. Хоча було зроблено багато спроб перетворити вловлений CO₂ на корисні продукти, досі більшість дослідників показали лише здатність виробляти монооксид вуглецю.

«Метан може бути справді цікавим продуктом, але найголовніше те, що він відкриває шлях для розвитку нових процесів перетворення вловленого CO₂ в інші продукти», — сказав він.

Рухаючись вперед, команда сподівається продовжувати досліджувати інші альтернативи хімічної чистої енергії, щоб надихнути на створення різноманітних шляхів сталого уловлювання вуглецю.

«Усе завжди повертається до енергії, і в майбутнє цього поля вкладено багато хвилювання та зусиль, щоб зберегти його більше», — сказав Невес-Гарсія.