Отделение CO2 от промышленных газов: найден способ снижения уровня парникового эффекта

Химики из Университета Байройта (Германия) разработали материал, который может внести важный вклад в защиту климата и быть полезным для промышленных производств. С помощью этого материала углекислый газ (CO2 ) , вызывающий парниковый эффект, можно специально отделить от промышленных отходящих газов, природного газа или биогаза и, таким образом, сделать доступным для повторного использования. Процесс разделения энергоэффективен и экономичен. В журнале Cell Reports Physical Science исследователи рассказывают о структуре и функциях материала.

«Зеленая сделка», представленная Европейской комиссией в 2019 году, призывает к сокращению чистых выбросов парниковых газов в ЕС до нуля к 2050 году. Это требует инновационных процессов, которые могут отделить и удерживать CO 2 из отходящих газов и других смесей, чтобы они не попадали в атмосферу. Материал, разработанный в Байройте, имеет одно фундаментальное преимущество перед предыдущими процессами разделения: он способен полностью удалять CO2 из газовых смесей без химического связывания CO2 . Эти газовые смеси могут быть отходящими газами промышленных предприятий, а также природным газом или биогазом. Во всех этих случаях CO2 накапливается в полостях материала исключительно за счет физического взаимодействия. Оттуда его можно высвободить без больших затрат энергии, чтобы снова сделать доступным в качестве ресурса для промышленного производства. Следовательно, процесс разделения работает по принципу физической адсорбции. Подобно вместительному резервуару для хранения, новый материал можно заполнять углекислым газом и опорожнять его энергоэффективным способом. В лабораториях Байройта он был разработан таким образом, чтобы отделять исключительно CO2.

«Нашей исследовательской группе удалось разработать материал, который одновременно выполняет две задачи. С одной стороны, физическое взаимодействие с CO2 достаточно сильное, чтобы высвободить и удержать этот парниковый газ из газовой смеси. С другой стороны, материал позволяет высвобождать назад CO2  с небольшим количеством энергии», – говорит Мартин Рис, магистр наук, первый автор новой публикации и доктор наук в исследовательской группе неорганической химии I в Байройтском университете.

Новый материал представляет собой неорганико-органический гибрид. Химическая основа – глинистые минералы, состоящие из сотен отдельных стеклянных пластинок. Они имеют толщину всего один нанометр каждый и расположены точно один над другим. Между отдельными стеклянными пластинами расположены органические молекулы, которые действуют как разделители. Их форма и химические свойства были выбраны таким образом, чтобы создаваемые поровые пространства были оптимально приспособлены для накопления CO2 . Только молекулы углекислого газа могут проникать в систему пор материала и там удерживаться. Напротив, метан, азот и другие компоненты выхлопных газов должны оставаться снаружи из-за размера их молекул. Исследователи использовали так называемый эффект молекулярного сита, чтобы повысить избирательность материала. В настоящее время ученые активно работают над разработкой мембранной системы на основе глинистых минералов, предназначенной для непрерывного, селективного и энергоэффективного отделения CO2 от газовых смесей.

Разработка гибридного материала, специально предназначенного для разделения и подачи CO2, стала возможной благодаря специальной измерительной системе, созданной в лабораториях Байройта, которая позволяет точно определять количество адсорбированных газов и селективность адсорбирующего материала. . Это позволило реалистично воспроизвести промышленные процессы. « Наш гибридный материал полностью соответствует всем критериям, относящимся к оценке промышленных процессов отделения CO2. Его можно производить с минимальными затратами, и он вносит важный вклад в сокращение промышленных выбросов диоксида углерода, а также в переработку биогаза и природного газа », – говорит Мартин Рисс.