Ученые нашли способ превратить углекислый газ обратно в уголь
Концентрация углекислого газа в атмосфере нашей планеты увеличивается с каждым годом. Сейчас она составляет порядка 410 частей на миллион. В предыдущий раз в истории Земли такие показатели были зафиксированы около 3 миллионов лет назад, когда средняя температура на планете была на 2-3 градуса выше, да и уровень моря превышал нынешние показатели на 15—25 метров. Углекислый газ считают одной из причин глобального потепления, поэтому ученые уже давно работают над технологиями так называемого отрицательного выброса, которые позволили бы извлечь углерод из атмосферы и хранить его в жидком или твердом виде. Эффективная и недорогая технология такого рода в перспективе могла бы обеспечить стабильный климат на Земле.
В современных технологиях отрицательного выброса углекислого газа доминируют два подхода. Первый такой: газ при высокой температуре сжижается, а затем его заливают под землю. Однако реализовать это сложно, во-первых, чисто с инженерной точки зрения, а во-вторых, хранение сжиженого газа всегда будет сопряжено с рисками утечки (например, в ходе транспортировки). Второй подход основан на растворении углекислого газа в электролите и последующем восстановлении углерода.
Одна из проблем этого метода заключается в том, что продукт реакции оседает на катализаторе и не дает ему усиливать реакцию выделения углерода из раствора. С этой проблемой хорошо справляются использующиеся в последнее время жидкометаллические катализаторы. Подходящим материалом для таких катализаторов может стать, например, галлий. Этот металл остается жидким при комнатной температуре, нетоксичен и может растворять другие элементы в подходящих для катализа концентрациях. Однако химики чаще используют не чистый галлий, а его сплав с индием и оловом, получивший название галинстан (в русскоязычной литературе также используется термин «ингас»). Его поверхность можно легировать другими металлами. Получившийся таким образом катализатор проявляет интересные поверхностные свойства, которые делают его очень эффективным при электрокатализе.
Авторы новой работы, опубликованной в журнале Nature Communications, описали технологию получения твердого углерода из раствора углекислого газа при комнатной температуре. Для этого они использовали жидкометаллический катализатор с добавлением церия — металла из группы лантаноидов. Чтобы проверить его эффективность, в параллельном контрольном эксперименте химики использовали жидкометаллический катализатор из галинстана без добавки церия. В ходе опыта в пробирке с цериевым катализатором твердый углерод выделялся из раствора углекислого газа — его хлопья образовывались на катализаторе. Благодаря поверхностным свойствам материала катализатора эти хлопья легко отделялись, не «забивая» его и позволяя реакции проходить дальше. В то же время катализатор без церия показал себя достаточно неактивным.
Чтобы показать, что полученный углеродный осадок можно использовать в производстве, авторы работы сделали из него двухэлектродный конденсатор. По словам авторов статьи, его характеристики оказались сопоставимы с одними из лучших образцов сверхпроводников на основе углерода в водных электролитах. По поводу результатов своей работы ученые настроены оптимистично. «Хотя мы и не можем повернуть время вспять, превращение углекислого газа в уголь и захоронение его обратно в землю немного похоже на перемотку часов назад», — приводит слова одного из авторов работы, доктора Торбен Дэнеке, (Torben Daeneke) пресс-релиз Мельбурнского королевского технического университета (RMIT).
Ученые по всему миру сейчас занимаются разработками способов извлечь углекислый газ из атмосферы, причем так, чтобы пустить его потом на что-то полезное для человека. Так, например, ученые из Иллинойса не так давно описали искусственные листья, которые в ходе специфического фотосинтеза также забирают CO2 из атмосферы и восстанавливают его в CO под действием света и металлических катализаторов. Полученный угарный газ можно использовать потом для получения, например, спирта, метанола, этилена и муравьиной кислоты.