Выбросы от домашних печей, каминов и промышленных предприятий насыщают воздух углекислым газом (CO2), усиливая загрязнение. Ученые, чья работа опубликована в журнале ACS Energy Letters, разработали новый тип электрода для решения этой проблемы. Устройство способно улавливать CO2 прямо из воздуха и превращать его в муравьиную кислоту – ценное химическое вещество.
В ходе испытаний система превзошла существующие технологии электродов как при воздействии имитации дымовых газов, так и при работе с концентрацией CO2, близкой к атмосферной. «Эта работа показывает, что улавливание и преобразование углерода не обязательно должны быть раздельными процессами. Объединив обе функции в одном электроде, мы демонстрируем более простой путь к утилизации CO2 в реальных условиях», – объясняет Вонён Чхве, один из авторов исследования.
Извлечение углекислого газа из воздуха может показаться простой задачей – ведь растения делают это естественным образом. Однако гораздо сложнее превратить уловленный газ во что-то полезное. Этот этап является ключевым для широкого внедрения технологий улавливания углерода. В реальных промышленных выбросах CO2 обычно смешан с другими газами, включая азот и кислород. Большинство существующих систем преобразования эффективно работают только с предварительно отделенным и концентрированным углекислым газом, что серьезно ограничивает их практическое применение.
Чтобы преодолеть это препятствие, команда ученых под руководством Дунлая Паня, Мён Хван О и Вонён Чхве поставила перед собой цель создать систему, работающую в реальных условиях. Они стремились разработать устройство, способное обрабатывать дымовые газы в их исходном виде и превращать даже небольшие количества уловленного CO2 в ценный продукт.
Исследователи сконструировали трехслойный электрод, который одновременно пропускает через себя газ, захватывает углекислый газ и преобразует его. Устройство состоит из материала, улавливающего CO2, листа газопроницаемой углеродной бумаги и каталитического слоя на основе оксида олова(IV). Вместе эти компоненты обеспечивают прямое превращение газообразного диоксида углерода в муравьиную кислоту. Муравьиная кислота – важное химическое вещество, используемое в топливных элементах и других промышленных процессах. Ее производство непосредственно из выхлопных газов может сделать повторное использование углерода более практичным и экономически выгодным.
При тестировании с чистым CO2 новый электрод показал эффективность примерно на 40% выше, чем у существующих аналогов в схожих лабораторных условиях. Преимущество стало еще более очевидным при использовании имитации дымовых газов, содержащих 15% CO2, 8% кислорода и 77% азота. В таких условиях новая система продолжала активно производить муравьиную кислоту, в то время как другие технологии практически не давали результата.
Электрод также доказал свою способность улавливать углекислый газ при концентрациях, характерных для атмосферы, что говорит о его потенциальной работе прямо на открытом воздухе. По мнению исследователей, этот подход открывает многообещающий путь для интеграции технологий улавливания углерода в реальные промышленные приложения. Они также предполагают, что подобные конструкции в будущем можно будет адаптировать для улавливания и преобразования других парниковых газов, например метана.
