Оборудование для улавливания углекислого газа из атмосферного воздуха или дымовых труб обычно работает по принципу обратимого фильтра: воздух пропускают через гранулы или жидкость, поглощающую CO2, затем насыщенное вещество нагревают, заставляя отдать газ, который собирают в отдельный поток. Подобную операцию можно проводить и в меньшем масштабе — например, внутри батареи. Новое исследование демонстрирует аккумуляторную электрохимическую технологию улавливания углерода, которая, по словам авторов, жизнеспособнее предыдущих попыток. Она потенциально требует меньше энергии — а значит, может быть дешевле, чем доминирующие сейчас обратимые фильтры.
Основная идея в том, что гидроксид, образующийся на катоде, реагирует с CO2, превращая его в карбонат или бикарбонат, который проходит через мембрану к аноду. Там более низкий pH заставляет реакцию идти обратно, и карбонат снова становится газообразным CO2. Роль катода — производить ионы гидроксида, роль анода — потреблять их. Но вместо аккумулятора это работает скорее как химические качели: подайте напряжение в одном направлении — катод производит гидроксид, движущийся к аноду; переключите напряжение — бывший анод становится новым катодом, запуская ту же химию в обратном направлении. Всё это время устройство захватывает CO2 и переносит его через ячейку.
Исследователи испытали лабораторное устройство из девяти ячеек, каждая площадью около половины листа бумаги. Вентилятор прогонял воздух через извилистые каналы в пластинах, сжимающих каждую ячейку, — с компонентами, позаимствованными у топливных элементов. Устройство потребляло около 0,8 МВт*час на тонну уловленного CO2, тогда как современные установки улавливания из атмосферного воздуха находятся в районе 1,5–3 МВт*часов на тонну.
Новая технология преобразует CO2 в ценные материалы и топливо.