Відділення CO2 від промислових газів: знайдений спосіб зниження рівня парникового ефекту

Хіміки з Університету Байройта (Німеччина) розробили матеріал, який може зробити важливий внесок в захист клімату і бути корисним для промислових виробництв. За допомогою цього матеріалу вуглекислий газ (CO2), що викликає парниковий ефект, можна спеціально відокремити від промислових газів, що відходять, природного газу або біогазу і, таким чином, зробити доступним для повторного використання. Процес поділу енергоефективний і економічний. У журналі Cell Reports Physical Science дослідники розповідають про структуру та функції матеріалу.

«Зелена угода», представлена ​​Європейською комісією в 2019 році, закликає до скорочення чистих викидів парникових газів в ЄС до нуля до 2050 року. Це вимагає інноваційних процесів, які можуть відокремити і утримувати CO2 з газів, що відходять і інших сумішей, щоб вони не потрапляли в атмосферу. Матеріал, розроблений в Байройті, має одну фундаментальну перевагу перед попередніми процесами поділу: він здатний повністю видаляти CO2 з газових сумішей без хімічного зв’язування CO2. Ці газові суміші можуть бути газами промислових підприємств, а також природним газом або біогазом. У всіх цих випадках CO2 накопичується в порожнинах матеріалу виключно за рахунок фізичної взаємодії. Звідти його можна вивільнити без великих витрат енергії, щоб знову зробити доступним в якості ресурсу для промислового виробництва. Отже, процес поділу працює за принципом фізичної адсорбції. Подібно місткому резервуару для зберігання, новий матеріал можна заповнювати вуглекислим газом та видалити з нього енергоефективним способом. У лабораторіях Байройта він був розроблений таким чином, щоб відокремлювати виключно CO2.

«Нашій дослідницькій групі вдалося розробити матеріал, який одночасно виконує два завдання. З одного боку, фізична взаємодія з CO2 досить сильна, щоб вивільнити та утримати цей парниковий газ із газової суміші. З іншого боку, матеріал дозволяє вивільняти назад CO2 з невеликою кількістю енергії», – говорить Мартін Ріс, магістр наук, перший автор нової публікації і доктор наук в дослідницькій групі неорганічної хімії I в Байройтському університеті.

Новий матеріал являє собою неорганіко-органічний гібрид. Хімічна основа – глинисті мінерали, що складаються з сотень окремих скляних пластинок. Вони мають товщину всього один нанометр кожен і розташовані точно один над іншим. Між окремими скляними пластинами розташовані органічні молекули, які діють як розподільники. Їх форма і хімічні властивості були обрані таким чином, щоб створювані порові простори були оптимально пристосовані для накопичення CO2. Тільки молекули вуглекислого газу можуть проникати в систему пір матеріалу і там утримуватися. Навпаки, метан, азот та інші компоненти вихлопних газів повинні залишатися зовні через розмір їх молекул. Дослідники використовували так званий ефект молекулярного сита, щоб підвищити вибірковість матеріалу. В даний час вчені активно працюють над розробкою мембранної системи на основі глинистих мінералів, призначеної для безперервного, селективного та енергоефективного відділення CO2 від газових сумішей.

Розробка гібридного матеріалу, спеціально призначеного для поділу і подачі CO2, стала можливою завдяки спеціальній вимірювальній системі, створеній в лабораторіях Байройта, яка дозволяє точно визначати кількість адсорбованих газів і селективність адсорбуючого матеріалу. . Це дозволило реалістично відтворити промислові процеси. «Наш гібридний матеріал повністю відповідає всім критеріям, що належать до оцінки промислових процесів відділення CO2. Його можна проводити з мінімальними витратами, і він робить важливий внесок в скорочення промислових викидів діоксиду вуглецю, а також в переробку біогазу і природного газу », – говорить Мартін Рісс.