Учёные создали энергоэффективные искусственные листья для поглощения углерода из воздуха

Инженеры из Университета Иллинойса в Чикаго создали экономически выгодный искусственный лист, который может улавливать углекислый газ в 100 раз лучше, чем разработанные до сегодняшнего дня системы. Решение может масштабироваться, позволяя улавливать углекислый газ из окружающей среды, в квартирах и на производстве. Цена вопроса ниже установленной профильным министерством и составляет $145 за тонну CO2.

Источник изображения: Aditya Prajapati/UIC

Согласно последним рекомендациям Министерства энергетики США, стоимость улавливания углекислого газа не должна превышать около $200 за тонну. Учёные превзошли этот показатель, создав решение, которое потребляет меньше 1 Вт или 0,4 КДж/час. При этом компактная лабораторная система объёмом в несколько литров продемонстрировала высокую скорость захвата углерода по отношению к площади рабочей поверхности — 3,3 миллимоля в час на 4 см2.

Небольшой блок размером с домашний увлажнитель воздуха может удалять более 1 кг CO2 в день, а четыре промышленных электродиализных модуля могут улавливать более 300 кг CO2 в час из дымовых газов. Подчеркнём, речь идёт не о поглощении углерода из баллонов под давлением, чем обычно грешат в лабораториях, а об извлечении CO2 из окружающего воздуха или из системы дымоотвода. Это идеальное решение для простых способов улавливания углекислого газа в быту и промышленности.

Система работает следующим образом. У неё есть сухая и влажная стороны с разностью потенциалов. В идеальном случае система строится на основе фотодетекторов, чтобы самостоятельно вырабатывать питание от солнечного света, например. Посредине системы находится мембрана. Диоксид углерода из воздуха или дымового газа поглощается сухим органическим раствором с образованием бикарбонатных ионов, которые мигрируют через мембрану и растворяются в жидком растворе до концентрированного CO2. Разность потенциалов ускоряет миграцию ионов и процессы преобразования.

«На сухой стороне органический растворитель присоединяется к доступному углекислому газу, создавая на мембране концентрацию бикарбоната или пищевой соды. По мере накопления бикарбоната отрицательно заряженные ионы притягиваются через мембрану к положительно заряженному электроду в растворе на водной основе на мокрой стороне мембраны. Жидкий раствор растворяет бикарбонат обратно в углекислый газ, который может быть высвобожден и использован в качестве топлива или для других целей», — поясняют авторы изобретения.

«Наша система искусственных листьев может быть развернута за пределами лаборатории, где она может сыграть значительную роль в сокращении выбросов парниковых газов в атмосферу благодаря высокой скорости улавливания углерода, относительно низкой стоимости и умеренному потреблению энергии, даже по сравнению с лучшими лабораторными системами», — сказал Минеш Сингх (Meenesh Singh), доцент кафедры химического машиностроения Инженерного колледжа UIC и автор-корреспондент статьи.