Если сама только мысль о перелетах на авиасуднах с аккумуляторами вызывает у вас переживания, спешим вас успокоить. Ученые нашли возможность превращать диоксид углерода в жидкое топливо, обеспечивая таким образом питание даже массивных видов транспорта, таких как корабли, самолеты, грузопоезда.
Повторное использование СО2 станет альтернативой захоронению углекислого газа под землей. Согласно недавней публикации в специализированном журнале, ученые из Стэнфордского и Датского технического университетов смогли с помощью электричества и распространенного в природе катализатора превратить углекислый газ (СО2) в источник энергии оксид углерода (СО) эффективнее, чем это удавалось сделать ранее другими методами. В роли катализатора использовали оксид церия, который более устойчив к воздействию.
Такая технология производства СО из СО2 является первым шагом к превращению углекислого газа не только в жидкое топливо, но и в прочие вещества, например, пластмассы и искусственный газ. А вот присоединение водорода к СО позволит получить другие виды топлива — синтетическое дизельное и аналог реактивного. Разработчики намерены применять возобновляемую энергию для продуцирования оксида углерода и дальнейшей переработки, что позволит создать вещества с нулевым уровнем углеродных выбросов.
Соавтор статьи Уильям Чу рассказал, что им удалось продемонстрировать превращение СО2 в СО с помощью электричества со 100%-ой селективностью и без образования нежелательного побочного продукта в виде твердого углерода. Зная о разработках в этом направлении, он пригласил двух ученых из Датского технического университета (ДТУ) для совместной работы над данным исследованием — Кристофера Грейвса и Тейса Скафте. Последний из них является ведущим автором разработки и докторантом ДТУ. Он признался, что несколько лет работал с коллегами над высокотемпературным электролизом углекислого газа, но нынешнее сотрудничество принесло успех, которого бы не было без синергии.
Препятствия на пути преобразования
Достоинством при использовании жидких видов топлива можно назвать эксплуатацию имеющейся инфраструктуры – заправок, системы трубопроводов, двигателей. При электрификации транспортных средств это невозможно. Значительный вес аккумуляторов и длинные маршруты также препятствуют электрификации воздушных и водных судов. А вот для углеродно-нейтрального топлива это не станет проблемой.
Несмотря на то, что растения природным путем уменьшают содержание парникового газа, превращая его в богатые углеродом сахара, небиологический метод получения СО еще не нашел повсеместного применения. Основные причины этого: устройства требуют существенных электрозатрат, расщепляют низкий процент молекул CO2 или продуцируют чистый углерод, способный испортить саму установку. Ученые в новом исследовании сначала проанализировали то, как различные устройства преуспевали и терпели неудачу в электролизе CO2.
После этого команда начала тестирование конверсии по двум направлениям – производились опыты с оксидом церия и обычными никелевыми катализаторами. В результате исследований электрод из церия оставался неповрежденным, а вот никелевый пострадал из-за углеродных отложений, что намного сокращало срок службы последнего.
К. Грейвс подчеркнул огромное значение такой способности церия для фактического срока службы электролизеров углекислого газа. Таким образом, замена нынешнего никелевого электрода образцом из церия в будущем увеличит продолжительность работы устройства.
На пути к коммерциализации
Решение проблемы быстрого повреждения электрода поможет существенно уменьшить производственные расходы при получении оксида углерода. Устройство нового типа не накапливает углерод, что позволяет ему преобразовывать больше СО2 в СО (в современных девайсах это ограничено менее 50%-ой концентрацией оксида углерода). Все это приведет к уменьшению общего уровня расходов.
Один из авторов статьи рассказывает, что принцип работы устройства с церием основан на улавливании углерода в стабильной окисленной форме. Ученые смогли объяснить это с помощью вычислительных моделей восстановления углекислого газа при повышенной температуре, что затем было подтверждено результатами рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии действующей установки.
Дороговизна удерживания СО2 препятствовала захоронению газа под землей в значительном количестве, а также могла бы стать преградой для создания из него жидкого топлива и различных химикатов. Но оптимизация цены продуктов в совокупности с выплатами за устранение вредных углеродных выбросов сделает технологию на основе СО2 выгодной.
Ученые прогнозируют, что их разработки методов электролиза СО2 с помощью спектроскопии и моделирования станут толчком для изучения поверхностных свойств церия и других оксидов, что приведет к более эффективным процессам переработки углекислого газа.
Источник: https://scitechdaily.com.
