Дорогостоящая сепарация газов может не потребоваться для переработки углекислого газа из воздуха и промышленных предприятий.

Новое исследование предлагает способ сжигания ископаемого топлива для улавливания выбросов

По мнению исследователей из Мичиганского университета, дорогостоящий шаг в процессе улавливания выбросов углекислого газа и преобразования их в полезные продукты, такие как биотопливо и лекарства, может не потребоваться.

Углекислый газ в атмосфере Земли является основным фактором изменения климата: на сжигание ископаемого топлива приходится 90% общих выбросов углекислого газа. Новые правила EPA, введённые в апреле, призывают заводы, работающие на ископаемом топливе, сократить выбросы парниковых газов на 90% к 2039 году.

Многие исследователи утверждают, что хранение углекислого газа было бы расточительством, поскольку углерод необходим для производства многих продуктов, от которых мы полагаемся ежедневно, таких как одежда, парфюмерия, топливо для реактивных двигателей, бетон и пластмассы. Но переработка углекислого газа обычно требует отделения его от других газов, и этот процесс может быть дорогостоящим.

Теперь новые типы электродов, усиленные слоем бактерий, могут пропустить этот этап. В то время как обычные металлические электроды реагируют с серой, кислородом и другими компонентами воздуха и дымовых газов, бактерии оказываются к ним менее чувствительными.

«Микробы на этих электродах или биокатализаторах могут использовать меньшие концентрации углекислого газа и кажутся более устойчивыми в плане борьбы с примесями по сравнению с электродами, в которых используются металлические катализаторы», — сказал он. Джошуа Джекдоцент кафедры гражданского и экологического строительства в UM и первый автор статьи на обложке журнала Environmental Science Nano.

«Платформы, в которых используются металлы, кажутся более чувствительными к примесям и часто требуют более высоких концентраций CO2 для функционирования. Поэтому, если вы хотите извлечь CO2 непосредственно из выбросов электростанций, биокатализатор сможет сделать это с минимальной очисткой». для этого газа.

Поскольку углекислый газ является одной из наиболее стабильных молекул, для отделения углерода от кислорода требуется много энергии, которая передается в виде электричества. Например, металлические электроды отрывают один из атомов кислорода, образуя окись углерода, которую можно использовать в других реакциях для производства полезных химикатов. Но другие молекулы также могут взаимодействовать с этими электронами.

Напротив, микробы могут быть более целенаправленными. Они не только работают вместе, удаляя кислород, но и с помощью электронов, выделяемых электродом, также начинают создавать из углерода более сложные молекулы.

Чтобы оценить потенциальную экономию средств от использования биокатализаторов для пропуска этапа разделения газов, команда Джека проанализировала данные предыдущих исследований, определяя показатели эффективности преобразования различных отходящих газов, содержащих углекислый газ. Затем они использовали эти данные для оценки углеродного следа и затрат на производство различных продуктов, полученных из CO2. Результаты показали, что использование возобновляемой электроэнергии, такой как солнечные элементы, с концентрированным источником CO2, без разделения газа, позволяет снизить выбросы углекислого газа и получить более конкурентоспособную продукцию.

Но этот идеальный сценарий возможен только для особо чистых и концентрированных источников углекислого газа, например, получаемых в результате ферментации на заводах по производству биоэтанола. Отделение CO2 от дымовых газов в процессах сжигания ископаемого топлива может стоить от 40 до 100 долларов за тонну CO2. Для исключительно разбавленных источников, таких как обычный воздух, стоимость может достигать 300–1000 долларов за тонну.

Анализ показал, что при прямом использовании отходящих газов или воздуха переработка углекислого газа из разбавленных источников может стать экономически выгодной.

«Мы надеемся ускорить масштабирование технологий конверсии CO2 для смягчения последствий изменения климата и улучшения углеродного цикла», — сказал Джек. «Мы хотим быстро декарбонизировать энергетику, а теперь и химическую промышленность, в гораздо более короткие сроки».