Улавливание углерода – многообещающий метод, помогающий замедлить изменение климата. При таком подходе углекислый газ (CO2) улавливается до того, как он попадет в атмосферу, но этот процесс требует большого количества энергии и оборудования. Теперь исследователи, работающие в ACS Central Science, разработали систему улавливания, использующую электрохимический элемент, который может легко улавливать и выделять CO2. Устройство работает при комнатной температуре и требует меньше энергии, чем обычные системы улавливания углерода на основе аминов.
Многие отрасли промышленности обращаются к электрификации, чтобы помочь сократить выбросы углекислого газа, но этот метод применим не для всех секторов. Например, CO2 является естественным побочным продуктом производства цемента и, таким образом, сам по себе вносит основной вклад в выбросы.
Избыток газа можно улавливать с помощью технологий улавливания углерода, которые обычно основаны на аминах, помогающих “очищать” загрязняющее вещество путем химического связывания с ним. Но для этого также требуется много энергии, тепла и промышленного оборудования, которое в процессе может сжигать еще больше ископаемого топлива.
Улавливание углерода само по себе могло бы быть электрифицировано с помощью электрохимических элементов, и эти устройства могли бы питаться от возобновляемых источников энергии. Итак, Фанг-Ю Куо, Сон Ын Джернг и Бетар Галлант хотели разработать электрохимический элемент, который мог бы легко и обратимо улавливать CO2 с минимальными затратами энергии.
Команда впервые разработала электрохимический элемент, который мог как улавливать, так и высвобождать выделяющийся углерод, “раскачивая” положительно заряженные катионы через жидкий амин, растворенный в диметилсульфоксиде. Когда ячейка была разряжена, сильный катион Льюиса взаимодействовал с карбаминовой кислотой, выделяя CO2 и образуя карбаматный амин. Когда процесс был обращен вспять и ячейка заряжалась, катион удалялся, и ячейка могла улавливать CO2 и преобразовывать карбаминовую кислоту в процессе.
Исследователи оптимизировали процесс ионного обмена с помощью комбинации ионов калия и цинка. В прототипе ячейки они использовали эти два иона в качестве основы для катода и анода ячейки. Этот элемент требовал меньше энергии, чем другие элементы, работающие на нагреве, и в первоначальных экспериментах конкурировал с другими электрохимическими элементами. Кроме того, они протестировали долговременную стабильность устройства и обнаружили, что почти 95% его первоначальной емкости сохраняется после нескольких циклов зарядки и разрядки, демонстрируя, что система работоспособна.
Исследователи говорят, что эта работа показывает, что электрохимическая альтернатива возможна и может помочь сделать технологии непрерывного улавливания и высвобождения CO2 более практичными для промышленного применения.