То, что улетало в атмосферу, теперь идёт в дело: газ, который душил планету, внезапно стал полезным

Учёные предложили технологию, которая по-новому решает проблему углеродных выбросов. Разработка позволяет не просто улавливать углекислый газ, а сразу превращать его в полезное химическое соединение непосредственно в месте образования. Принципиально важно, что система работает даже при низкой концентрации CO₂, сравнимой с обычным воздухом. Об этом сообщает ACS Energy Letters.

Один электрод вместо сложной цепочки процессов

Углекислый газ образуется не только на крупных промышленных объектах, но и в повседневных условиях — при работе отопительных котлов, каминов, печей и генераторов. Совокупный вклад таких источников в изменение климата остаётся значительным, что подтверждают исследования, показывающие, как углеродные выбросы влияют на благополучие будущих поколений. До сих пор большинство технологий предполагали раздельные этапы: захват CO₂, его очистку и последующее использование.

Новый подход объединяет эти стадии в одном устройстве. Созданный учёными электрод одновременно улавливает молекулы углекислого газа и запускает электрохимическую реакцию их преобразования. Это снижает сложность системы и делает её более пригодной для практического применения вне лабораторных условий.

"Мы показали, что улавливание и преобразование CO₂ можно объединить в одном электроде", — отмечает автор исследования Вонён Чой.

Почему переработка CO₂ так важна для климата

Само по себе удаление углекислого газа из воздуха не решает проблему, если он не находит дальнейшего применения. Для масштабного внедрения таких технологий необходимо, чтобы CO₂ превращался в востребованный и полезный продукт. Без этого улавливание остаётся дорогой и ограниченной мерой.

Дополнительную сложность создаёт состав реальных выбросов. В дымовых газах углекислый газ присутствует вместе с азотом и кислородом, а его доля часто невелика. Большинство существующих электрохимических систем эффективно работают только с очищенным и концентрированным CO₂, что резко повышает затраты. На этом фоне интерес к технологиям, снижающим нагрузку на климат, растёт на фоне данных о том, как изменение климата связано с повседневными экономическими процессами.

Команда Донглая Пана, Мён Хван О и Вонёна Чоя сосредоточилась на том, чтобы обойти это ограничение. Их задача заключалась в создании электрода, способного сохранять эффективность даже при минимальном содержании углекислого газа.

Трёхслойная конструкция и превращение газа в ресурс

Разработанный электрод имеет трёхслойную структуру. Первый слой selectively улавливает CO₂, второй обеспечивает газопроницаемость, а третий выполняет каталитическую функцию. В качестве катализатора используется оксид олова (IV), хорошо подходящий для электрохимического восстановления углерода.

В результате углекислый газ напрямую преобразуется в муравьиную кислоту. Это химическое вещество востребовано в промышленности, химическом синтезе и энергетике, включая применение в топливных элементах. Получение муравьиной кислоты непосредственно из выхлопных газов делает переработку углерода не абстрактной экологической мерой, а реальным технологическим процессом с экономическим потенциалом.

Испытания в условиях, близких к реальности

В лабораторных испытаниях новый электрод показал примерно на 40 % более высокую эффективность по сравнению с существующими аналогами при работе с чистым CO₂. Однако ключевыми стали результаты при моделировании дымовых газов, где углекислый газ составлял лишь часть смеси.

Даже при содержании CO₂ около 15 % и присутствии азота и кислорода система продолжала стабильно производить муравьиную кислоту. Более того, электрод сохранил работоспособность при концентрациях, близких к атмосферным. Это указывает на потенциал технологии для использования не только на промышленных объектах, но и в более распределённых системах.

В перспективе исследователи предполагают, что аналогичный принцип можно адаптировать и для других парниковых газов, включая метан. Такой подход расширяет возможности практического снижения выбросов и делает технологии улавливания углерода более гибкими и прикладными.