«Ковалентная органическая структура» может быть использована для улавливания углерода с целью его хранения или переработки для промышленного использования.
Безвредный желтый порошок, созданный в лаборатории, может стать новым способом борьбы с климатическим кризисом, поглощая углерод из воздуха.
Согласно предварительным тестам, всего полфунта этого вещества может удалить столько же углекислого газа, сколько дерево. Как только углерод впитается в порошок, он может быть помещен на безопасное хранение или использован в промышленных процессах, таких как газирование напитков.
«Это действительно решает серьезную проблему в области технологий, и теперь у нас есть возможность расширить ее и начать использовать», — говорит Омар Яги, химик из Калифорнийского университета в Беркли. Это не первый материал, который поглощает углерод, но «это качественный скачок вперед (по сравнению с другими соединениями) с точки зрения долговечности материала».
Порошок известен как ковалентный органический каркас с прочными химическими связями, которые вытягивают газы из воздуха. Этот материал одновременно прочен и порист, его можно использовать сотни раз, что делает его превосходящим другие материалы, используемые для улавливания углерода.
Яги работает над подобными материалами на протяжении десятилетий. Это часть более масштабной работы по сбору небольшого количества углерода из воздуха – либо с электростанций, либо из воздуха вокруг городов. Исследование Яги совместно с аспирантом его лаборатории Цзыхуэем Чжоу и другими учеными.
В лаборатории команда Яги протестировала новый порошок и обнаружила, что он может успешно поглощать и выделять углерод более 100 раз. Он заполняется углеродом примерно за два часа, а затем его необходимо нагреть для выделения газа, прежде чем начинать процесс заново. Для высвобождения углерода требуется всего лишь температура около 120°F; это делает его более эффективным по сравнению с другими методами, которые требуют гораздо более высокой температуры.
Эта особенность означает, что места, которые уже производят дополнительное тепло, такие как заводы или электростанции, могут использовать его для высвобождения газа и повторного запуска цикла. Материал может быть использован в существующих системах улавливания углерода или в будущих технологиях.
Яги говорит, что он мог бы представить себе будущее, в котором люди будут строить крупные заводы, используя этот материал, в каждом городе с населением в 1 миллион человек или более по всему миру. Он планирует расширить масштабы использования этого типа улавливания углерода в своей компании Atoco, расположенной в Ирвайне, штат Калифорния, и считает, что порошок можно производить в многотонных количествах менее чем за год.
Шенгцянь Ма, химик из Университета Северного Техаса, который не принимал участия в новой работе, говорит, что эта технология может изменить ход игры. «Одна из давних проблем, связанных с прямым улавливанием воздуха, заключается в высоких температурах регенерации», — говорит он, добавляя, что новый материал может существенно снизить энергозатраты, необходимые для использования прямого улавливания воздуха, что делает его «очень новым» и «очень перспективным».
«Нам нужно сократить выбросы парниковых газов, и сделать это нужно быстро», — говорит Фарзан Каземифар, доцент кафедры машиностроения Государственного университета Сан-Хосе, который не принимал участия в новом исследовании. «В краткосрочной перспективе замена крупных источников выбросов углекислого газа, таких как угольные электростанции, на возобновляемую электроэнергию обеспечивает максимально быстрое сокращение выбросов. Однако в долгосрочной перспективе, если выбросы не будут снижаться желаемыми темпами или если последствия глобального потепления усилятся, нам, возможно, придется полагаться на технологии, которые могут удалять углекислый газ из атмосферы, и прямой захват воздуха является одной из таких технологий».
Тем не менее, удаление углерода из воздуха остается сложной задачей, и, как и во всех лабораторных исследованиях на ранних стадиях, задача заключается в расширении масштабов системы для проведения экспериментальных исследований. Концентрация углекислого газа, хотя и увеличивается, в настоящее время составляет около 400 частей на миллион, или 0,04%. Это означает, что любая технология улавливания газа из воздуха требует перемещения огромных объемов воздуха, а это требует больших затрат электроэнергии на работу вентиляторов, говорит Каземифар. «Я считаю, что высокая энергоемкость процесса является основной проблемой всех технологий прямого улавливания воздуха».
Некоторые ученые опасаются, что ожидания от систем прямого улавливания воздуха были слишком радужными. Группа ученых из Массачусетского технологического института недавно написала статью, в которой проанализировала предположения многих планов по стабилизации климата и указала на то, что прямой улавливание воздуха может быть чрезмерно оптимистичным.
Тем не менее, Яги говорит, что этот материал может изменить подход к удалению углерода. «Это то, над чем мы работаем уже 15 лет, и это в основном решает некоторые из нерешенных проблем», — говорит он. «Теперь это не дает нам повода не задуматься более серьезно об удалении углекислого газа из воздуха».