Технология декарбонизации мгновенно превращает углекислый газ в твердый углерод

Австралийские ученые разработали интеллектуальный и сверхэффективный новый способ улавливания углекислого газа и преобразования его в твердый углерод, что может поспособствовать декарбонизации тяжелой промышленности.

Технология утилизации углекислого газа, разработанная исследователями из Университета RMIT в Мельбурне, Австралия, предназначена для беспрепятственной интеграции в существующие промышленные процессы.

Декарбонизация является огромной технической проблемой для отраслей тяжелой промышленности, например цементной и сталелитейной, которые не только энергоемки, но и непосредственно выделяют CO₂ в процессах производства.

Новая технология предлагает способ мгновенного преобразования углекислого газа по мере его образования и постоянного удержания его в твердом состоянии, не допуская попадания CO₂ в атмосферу.

Соведущий исследователь доцент Торбен Даенеке сказал, что их работа основана на более раннем экспериментальном подходе, в котором жидкие металлы использовались в качестве катализатора.

«Наш новый метод по-прежнему использует силу жидких металлов, но конструкция была изменена для более плавной интеграции в стандартные промышленные процессы», — сказал Даенеке.

«Помимо того, что новую технологию проще масштабировать, она радикально более эффективна и может мгновенно расщеплять CO2 до углерода».

«Мы надеемся, что это может стать важным новым инструментом в стремлении к декарбонизации, чтобы помочь отраслям промышленности и правительствам выполнить свои обязательства в отношении климата и радикально приблизить нас к чистому нулю».

На технологию была подана предварительная патентная заявка, и исследователи недавно подписали соглашение на сумму 2,6 млн австралийских долларов (1,85 млн долларов) с экотехнологической австралийской компанией ABR, которая занимается коммерциализацией технологий обезуглероживания цементной и сталелитейной промышленности.

Один из ведущих исследователей, доктор Кен Чанг, сказал, что команда хотела бы услышать мнение других компаний, чтобы понять проблемы в отраслях, которые трудно декарбонизировать, и определить другие потенциальные области применения технологии.

«Чтобы ускорить устойчивую промышленную революцию и экономику с нулевыми выбросами углерода, нам нужны умные технические решения и эффективное сотрудничество в области исследований и промышленности», — сказал Чан.

На сталелитейную и цементную промышленность приходится около 7% общих глобальных выбросов CO₂ (Международное энергетическое агентство), и ожидается, что оба сектора будут продолжать расти в ближайшие десятилетия, поскольку спрос подпитывается ростом населения и урбанизацией.

Технологии улавливания и хранения углерода (carbon capture and storage, CCS) в основном сосредоточены на сжижении газа и его закачке под землю, но это сопряжено со значительными инженерными и экологическими проблемами. Технологии CCS также подвергают критике за то, что они слишком дороги и энергоемки для широкого использования.

Даенеке, член Австралийского исследовательского совета DECRA, заявил, что новый подход предлагает устойчивую альтернативу с целью как и предотвращения выбросов CO₂, так и повторного использования углерода с добавленной стоимостью.

«Превращение CO₂ в твердое вещество позволяет избежать возможных проблем с утечкой уловленного газа и надежно блокирует его на неопределенный срок», — сказал он.

«И поскольку в нашем процессе не используются очень высокие температуры, было бы целесообразно использовать для реакции возобновляемые источники энергии».

Правительство Австралии выделило технологии CCS в качестве приоритетных технологий для инвестиций в свой план достижения нулевого уровня выбросов, объявив о создании фонда в размере 1 миллиарда австралийских долларов (7 156 666 долларов США) для разработки новых технологий с низким уровнем выбросов.

Команда RMIT во главе с ведущим автором и доктором наук Кармой Зурайки использовала методы термохимии, широко используемые в промышленности, при разработке новой технологии CCS.

Метод «барботажной колонны» начинается с нагревания жидкого металла примерно до 100-120°С.

В жидкий металл впрыскивается углекислый газ, при этом пузырьки газа поднимаются вверх, как пузырьки в бокале для шампанского.

Когда пузырьки движутся через жидкий металл, молекула газа распадается на хлопья твердого углерода, при этом реакция занимает всего доли секунды.

«Именно невероятная скорость химической реакции, которой мы достигли, делает нашу технологию коммерчески жизнеспособной, в то время как многие альтернативные подходы терпят неудачу», — сказал Чанг.

Следующим этапом исследования является полупромышленные испытания с формированием модульного прототипа размером с транспортный контейнер в сотрудничестве с отраслевым партнером ABR.

Директор проекта ABR Дэвид Нго сказал, что процесс RMIT превращает отходы в основной ингредиент цементных смесей нового поколения.

«Изменение климата не будет решено с помощью одной-единственной технологии, однако сотрудничество между ABR и RMIT позволит создать эффективную и действенную технологию для достижения нулевого уровня выбросов», — сказал Нго.

Команда также исследует возможности применения преобразованного углерода, в том числе в строительных материалах.

«В идеале углерод, который мы производим, можно было бы превратить в продукт с добавленной стоимостью, способствуя экономике замкнутого цикла и позволяя технологии CCS со временем окупать себя», — сказал Даенеке.

Исследование опубликовано в журнале Energy & Environmental Science.