Науковці з Іллінойського університету в Урбана-Шампейн представили інноваційний електрохімічний пристрій, здатний вилучати вуглекислий газ безпосередньо з атмосфери. На відміну від традиційних методів, які спираються на теплову енергію, новий пристрій працює на основі електричних та водних хімічних реакцій.
Розробку очолював професор машинобудування та природознавчих наук Кайл Сміт у співпраці з колегами Полом Роззі, Чон А Лі, Чипом Робертсом та Тимом Артуром із Північноамериканського дослідницького інституту Toyota. Дослідження опубліковані у журналі Environmental Science & Technology.
Чому прямий захист повітря від вуглекислого газу має критичне значення
Експерти в галузі кліматології впевнені, що навіть при радикальному зменшенні промислових викидів досягнення цільових показників клімату залишатиметься неможливим без активного вилучення вже накопленого CO₂ з атмосфери. Більшість існуючих рішень для захисту від вуглекислого газу зосереджені на точкових джерелах — наприклад на виході дымових труб, де концентрація забруднень екстремально висока.
«Технології для обробки локалізованих джерел незаперечно важливі, проте вони не вирішують проблему з величезними обсягами CO₂, розсіяних по всій атмосфері в низьких концентраціях. Саме цю проблему намагається подолати наша команда», — розповідає Кайл Сміт.
Як працює електрохімічна система видалення вуглекислого газу
Основою технології стають спеціалізовані електроди з калієм-стабілізованого діоксиду марганцю та унікальна методологія управління заряджені частинами. В лабораторних умовах електрохімічна комірка змінює рівень pH сольового розчину.
- Спочатку розчин переходить у лужний стан, що забезпечує якісне поглинання CO₂ з навколишнього повітря
- На наступному етапі рівень лужності знижується, спричиняючи вивільнення чистого вуглекислого газу, придатного для зберігання або повторного застосування
«Інноваційність нашого підходу проявляється у застосуванні електродів з протонною інтеркаляцією всередину так званої катіонно-компенсованої комірки. Така конструкція уможливлює роботу в лужному діапазоні, де CO₂ розчиняється значно краще — це критично важливо для практичного застосування прямого уловлювання газу з повітря», — наголошує Кайл Сміт.
Оптимізація циклу та майбутні виклики
Для досягнення найвищої продуктивності команда звернулася до перевірених термодинамічних принципів, які інженери використовують при розробці традиційних енергостанцій. Дослідники розробили циклічну схему з урахуванням концентрацій розчинених неорганічних молекул CO₂ та іонів калію, що дозволило визначити зони енергетичних втрат та способи їх усунення.
Попередні результати видаються багатообіцяючими, однак до широкомасштабного впровадження технології залишається ще багато роботи. Основна проблема полягає в тому, що система використовує два рідинні потоки, які повинні залишатись ізольовані один від одного. При практичному використанні під час переведення потоків відбувається їх часткове змішування, що знижує загальну результативність системи.
За словами Пола Роззі, контролювання змішування залишається однією з найскладніших задач. Успішне обмеження цього явища та конструювання системи з його врахуванням матимуть величезний вплив на енергетичну ефективність та продуктивність видалення вуглекислого газу загалом.
