Новый дизайн «искусственного листа» увеличивает скорость улавливания углерода в 100 раз

Воссоздание процесса естественного фотосинтеза, в ходе которого растения превращают солнечный свет, воду и углекислый газ в энергию, является давно преследуемой целью в науке.

Эти системы, часто называемые "искусственными листьями", могут сыграть ключевую роль в борьбе с изменением климата, и команда инженеров только что ускорила темп, предложив решение, которое улавливает углекислый газ в 100 раз быстрее, чем существующие технологии.

Рекорд искусственных листьев

За прошедшие годы мы рассмотрели довольно много систем искусственных листьев, которые используют солнечный свет для превращения воды в жидкое топливо и электричество. Один интересный пример был представлен инженерами из Университета Иллинойса в Чикаго (UIC) в 2019 году. Он имел уникальную конструкцию, которая, по словам создателей, делает его пригодным для использования в реальном мире, в отличие от других лабораторных решений, которые могли работать только с углекислым газом из баллонов под давлением.

Подписывайтесь на наш youtube канал!

Решение состояло из стандартного блока искусственного фотосинтеза, который был заключен в прозрачную капсулу, заполненную водой, и имел полупроницаемый внешний слой. Когда солнечный свет попадал на устройство, вода испарялась через поры во внешнем слое, а на ее место поступал углекислый газ, который внутри устройства превращался в угарный газ. Этот угарный газ, в свою очередь, можно улавливать и использовать для производства синтетического топлива.

Внеся некоторые ключевые изменения в конструкцию, ученые подняли ее производительность на новую высоту. Команда использовала недорогие материалы для интеграции электрически заряженной мембраны, которая действует как градиент воды, с сухой и влажной стороны. На сухой стороне органический растворитель присоединяется к уловленному углекислому газу и превращает его в концентрированный бикарбонат, который накапливается на мембране.

Положительно заряженный электрод на мокрой стороне втягивает бикарбонат через мембрану в водный раствор, где он снова превращается в углекислый газ для производства топлива или других целей. Изменение электрического заряда может ускорить или замедлить скорость улавливания углерода, которая, по мнению ученых, в оптимальном режиме может составлять 3,3 миллимоля в час на каждые четыре квадратных сантиметра  материала.

Такая "скорость потока" описывается как очень высокая и более чем в 100 раз превосходит существующие системы. Важно отметить, что для протекания реакций потребовалось лишь незначительное количество энергии - 0,4 килоджоуля в час, что меньше, чем требуется для работы одноваттной светодиодной лампочки. Не менее впечатляющим является и то, что система может улавливать углекислый газ по цене 145 долларов США за тонну, что соответствует рекомендациям Министерства энергетики, согласно которым такие технологии должны стоить 200 долларов США за тонну или меньше.

"Наша система искусственных листьев может быть развернута за пределами лаборатории, где она может сыграть значительную роль в сокращении выбросов парниковых газов в атмосферу благодаря высокой скорости улавливания углерода, относительно низкой стоимости и умеренным затратам энергии, даже по сравнению с лучшими лабораторными системами", - сказал Минеш Сингх, доцент кафедры химического машиностроения Инженерного колледжа UIC и соавтор статьи.

Устройство достаточно мало, чтобы поместиться в рюкзак, и по своей природе является модульным, что означает, что несколько устройств могут быть уложены друг на друга для создания устройств, подходящих для различных условий.

"Особенно интересно, что это реальное применение искусственного листа, управляемого электродиализом, имеет высокий поток при небольшой модульной площади поверхности", - сказал Сингх. "Это означает, что он потенциально может быть штабелируемым, модули могут быть добавлены или вычтены, чтобы более точно соответствовать потребностям, и могут быть использованы в домах и классных комнатах, а не только среди прибыльных промышленных организаций". Небольшой модуль размером с домашний увлажнитель воздуха может удалять более 1 кг CO2 в день, а четыре промышленных электродиализных модуля могут улавливать более 300 кг CO2 в час из дымовых газов". опубликовано econet.ru по материалам newatlas.com

Лучшие публикации в Telegram-канале Econet.ru. Подписывайтесь!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet