Исследователи Университета Райса создали электрохимический реактор, способный значительно снизить энергозатраты при удалении углекислого газа (CO₂) из атмосферы. Этот инновационный реактор, который может стать основой для устойчивого снижения углеродных выбросов, представляет собой гибкое и масштабируемое решение, позволяющее применять его в различных областях.

В статье, опубликованной в Nature Energy, описывается реактор с уникальной трёхкамерной структурой, в которой используется пористый слой твёрдого электролита. Хаотянь Ван, ведущий исследователь и инженер-химик, отметил, что данное устройство является важным шагом в развитии технологий по улавливанию углерода. По его словам, эта разработка может сделать улавливание CO₂ более экономически выгодным и доступным для многих промышленных отраслей.

Новый реактор показал высокую производительность при извлечении углекислого газа из углеродсодержащих растворов. Устройство характеризуется стабильностью и способностью адаптироваться к различным катодным и анодным реакциям, что делает его пригодным для применения на промышленных масштабах. Это открывает возможности для внедрения технологии в крупные производственные процессы, что может существенно повлиять на снижение уровня выбросов CO₂.

Одним из основных преимуществ данной технологии является возможность параллельного производства водорода во время прямого захвата углекислого газа из воздуха. Совмещение этих процессов позволяет снизить затраты на производство топлива с нулевым углеродным следом, таких как экологически чистые химические вещества. Хаотянь Ван объяснил, что реактор может работать с разными химическими веществами и использоваться для когенерации водорода, что значительно расширяет его функциональные возможности.

Традиционные методы захвата углекислого газа из воздуха включают прохождение смешанных газов через жидкости с высоким уровнем pH при повышенных температурах, что требует значительных энергетических затрат. Новый реактор предлагает альтернативу таким методам, работая при комнатной температуре и минимизируя использование химикатов, что делает процесс более экологичным и менее затратным.

Значимым этапом в процессе улавливания углекислого газа является его регенерация из растворов, которая обычно достигается с помощью тепла, химических реакций или электрохимических методов. Чживэй Фан, один из ведущих авторов исследования, подчеркнул, что использование электрической энергии вместо тепловой для регенерации CO₂ позволяет исключить дополнительные химикаты и избежать нежелательных побочных продуктов, что делает процесс более безопасным и удобным.

Для захвата углекислого газа в реакторе могут применяться различные химические вещества, у каждого из которых есть свои преимущества и недостатки. Например, аминовые сорбенты широко используются из-за их способности образовывать слабые связи с углеродом, что облегчает последующее выделение CO₂ из раствора. Однако они токсичны и нестабильны. Водные растворы на основе гидроксида натрия или калия являются более экологичными, но требуют высоких температур для регенерации углекислого газа.

Реактор Университета Райса эффективно разделяет карбонатные и бикарбонатные растворы, создавая щелочной абсорбент и высокочистый углекислый газ в отдельных камерах. Такой подход оптимизирует потребление энергии и повышает эффективность управления ионными потоками и массопереносом. Ван выразил надежду, что эта технология вдохновит различные отрасли внедрять устойчивые решения и приблизит мир к нулевым выбросам.