Якщо сама тільки думка про перельоти на авіасуднах з акумуляторами викликає у вас хвилювання, поспішаємо вас заспокоїти. Вчені знайшли можливість перетворювати вуглекислий газ в рідке паливо, забезпечуючи таким чином живлення навіть масивних видів транспорту, таких як кораблі, літаки, вантажні потяги.
Повторне використання СО2 стане альтернативою захоронення вуглекислого газу під землею. Відповідно до недавньої публікації в спеціалізованому журналі, вчені зі Стенфордського і Датського технічного університетів змогли за допомогою електрики і поширеного в природі каталізатора перетворити вуглекислий газ (СО2) в джерело енергії оксид вуглецю (СО) ефективніше, ніж це вдавалося раніше іншими методами. У ролі каталізатора використовували оксид церію, який більш стійкий до впливу.
Така технологія виробництва СО з СО2 є першим кроком до перетворення вуглекислого газу не тільки в рідке паливо, а й в інші речовини, наприклад, пластмаси і штучний газ. А ось приєднання водню до СО дозволить отримати інші види палива – синтетичного дизельного та аналогу реактивного. Розробники мають намір застосовувати поновлювану енергію для продукування оксиду вуглецю і подальшої переробки, що дозволить створити речовини з нульовим рівнем вуглецевих викидів.
Співавтор статті Вільям Чу розповів, що їм вдалося продемонструвати перетворення СО2 в СО за допомогою електрики зі 100%-ою селективністю і без виникнення небажаного побічного продукту у вигляді твердого вуглецю. Знаючи про розробки в цьому напрямку, він запросив двох вчених з Датського технічного університету (ДТУ) для спільної роботи над цим дослідженням – Крістофера Грейвса і Тейса Скафте. Останній з них є провідним автором розробки та докторантом ДТУ. Він зізнався, що кілька років працював з колегами над високотемпературним електролізом вуглекислого газу, але нинішня співпраця принесла успіх, якого б не було без синергії.
Перешкоди на шляху перетворення
Перевагою при використанні рідких видів палива можна назвати експлуатацію наявної інфраструктури – заправок, системи трубопроводів, двигунів. При електрифікації транспортних засобів це неможливо. Значна вагу акумуляторів і довгі маршрути також перешкоджають електрифікації повітряних і водних суден. А ось для вуглецево-нейтрального палива це не стане проблемою.
Незважаючи на те, що рослини природним шляхом зменшують вміст парникового газу, перетворюючи його в багаті вуглецем сахариди, синтетичний метод отримання СО ще не знайшов широкого застосування. Основні причини цього: пристрої вимагають істотних електрозатрат, розщеплюють низький відсоток молекул CO2 або продукують чистий вуглець, здатний зіпсувати саму установку. Вчені в новому дослідженні спочатку проаналізували те, як різні пристрої реагували при електролізі CO2.
Після цього команда почала тестування конверсії за двома напрямками – проводилися досліди з оксидом церію і звичайними нікелевими каталізаторами. В результаті досліджень електрод з церію залишався неушкодженим, а ось нікелевий постраждав через вуглецеві відкладення, що набагато скорочувало термін служби останнього.
К. Грейвс підкреслив величезне значення такої здатності церію для фактичного терміну служби електролізерів вуглекислого газу. Таким чином, заміна нинішнього нікелевого електрода зразком з церію в майбутньому збільшить тривалість роботи пристрою.
На шляху до комерціалізації
Вирішення проблеми швидкого пошкодження електрода допоможе істотно зменшити виробничі витрати при отриманні оксиду вуглецю. Пристрій нового типу не накопичує вуглецю, що дозволяє йому перетворювати більше СО2 в СО (в сучасних девайсах це обмежується менш ніж 50%-ою концентрацією оксиду вуглецю). Все це призведе до зменшення загального рівня витрат.
Один з авторів статті розповідає, що принцип роботи пристрою з церієм заснований на утримуванні вуглецю в стабільній окисленій формі. Вчені змогли пояснити це за допомогою обчислювальних моделей відновлення вуглекислого газу при підвищеній температурі, що потім було підтверджено результатами рентгенівської фотоелектронної спектроскопії діючої установки.
Висока вартість утримування СО2 перешкоджала захороненню газу під землею в значній кількості, а також могла б стати бар’єром для створення на його основі рідкого палива і різних хімікатів. Але оптимізація ціни продуктів в сукупності з виплатами за відсутність шкідливих вуглецевих викидів зробить технологію на основі СО2 вигідною.
Вчені прогнозують, що їх розробки методів електролізу СО2 за допомогою спектроскопії і моделювання стануть поштовхом для вивчення поверхневих властивостей церію та інших оксидів, що призведе до створення більш ефективних процесів переробки вуглекислого газу.
Джерело: https://scitechdaily.com.
