Стремясь смягчить антропогенное потепление климата, ученые сосредоточены на способах удаления углекислого газа из атмосферы. Об одном из новых способов сделать это объявили ученые из Брукхейвенской национальной лаборатории (BNL) и Колумбийского университета (CU).
Углекислый газ (CO2) является мощным парниковым газом, а это означает, что он способен поглощать тепло и нагревать планету. Хотя углекислый газ является естественной частью атмосферы Земли, деятельность человека ускорила его выбросы, и, по оценкам, на его долю приходится 79% всех выбросов парниковых газов, связанных с деятельностью человека.
Поэтому ученые пытаются найти способы вывести его из атмосферы в надежде, что это поможет замедлить или даже обратить вспять опасную тенденцию к потеплению климата.
Теперь исследователи объявили об одном из наиболее творческих подходов к удалению CO2 из воздуха. Он предполагает использование как электрохимических, так и термохимических реакций при относительно низкой температуре для преобразования вредного газа в полезные углеродные нановолокна.
Хотя преобразование CO2 в нановолокна уже предпринималось и раньше, этот процесс требовал исключительно высоких температур, превышающих 1000 °C. Исследователи BNL и CU обошли это требование, разбив процесс преобразования на несколько этапов с использованием разных процессов.
«Если вы разделите реакцию на несколько стадий, вы можете рассмотреть возможность использования различных видов энергозатрат и катализаторов, чтобы заставить каждую часть реакции работать», — сказал ведущий автор исследования Чжэньхуа Се.
Сначала исследователи использовали электрокатализатор из палладия, нанесенного на углерод, который при подаче электрического тока расщеплял смесь CO2 и воды на окись углерода (CO) и водород (H2).
Затем они обратились к термокатализатору из железо-кобальтового сплава. Это позволило им превратить CO из первой стадии в углеродные нановолокна при температуре всего 400 ° C, что, по их словам, является гораздо более достижимым уровнем тепла для использования в промышленных масштабах.
«Объединив электрокатализ и термокатализ, мы используем этот тандемный процесс для достижения того, чего невозможно достичь ни одним из процессов в отдельности», — сказал Цзингуан Чен из CU, который руководил исследованием.
Более того, по мере формирования углеродные нановолокна отталкивали катализатор от поверхности, что позволяло его улавливать и повторно использовать. Что касается повторного использования, исследователи также говорят, что водород, полученный на первом этапе, можно дополнительно улавливать и повторно использовать в качестве источника топлива.
«Для практического применения оба фактора действительно важны – анализ выбросов CO2 и возможность вторичной переработки катализатора. Наши технические результаты и другие анализы показывают, что эта тандемная стратегия открывает двери для декарбонизации CO2 в ценные твердые углеродные продукты при одновременном производстве возобновляемого H2».
Поскольку углеродные нановолокна очень прочные, исследователи говорят, что они могут найти множество применений, в частности, в качестве упрочнителя бетона.
«Вы можете поместить углеродные нановолокна в цемент, чтобы укрепить цемент», — сказал Цзингуан Чен. «Это заблокирует углерод в бетоне как минимум на 50 лет, а потенциально и дольше. К тому времени мир должен перейти в первую очередь к возобновляемым источникам энергии, которые не выделяют углекислый газ».
Исследование опубликовано в журнале Nature Catalysis.