Исследователи из Токийского столичного университета разработали новую систему улавливания углерода, которая удаляет углекислый газ непосредственно из атмосферы с беспрецедентной эффективностью. Установлено, что изофорондиамин (ИПДА) в системе «разделения жидкой и твердой фаз» удаляет углекислый газ при низких концентрациях, содержащихся в атмосфере, с эффективностью 99%. Компаунд можно использовать повторно с минимальным нагревом и по крайней мере в два раза быстрее, чем существующие системы, что является захватывающей новой разработкой для прямого захвата воздуха.
Разрушительные последствия изменения климата ощущаются во всем мире, и существует острая необходимость в новой политике, образе жизни и технологиях, которые приведут к сокращению выбросов углерода. Тем не менее, многие ученые смотрят дальше цели чистого нулевого уровня выбросов в будущее «за пределами нуля», где мы сможем активно сокращать количество углекислого газа в атмосфере. Область улавливания углерода, удаления и последующего хранения или преобразования двуокиси углерода быстро развивается, но остаются препятствия, прежде чем ее можно будет развернуть в масштабе.
Самые большие проблемы связаны с эффективностью, особенно при обработке атмосферного воздуха непосредственно в так называемых системах прямого захвата воздуха (DAC). Концентрации углекислого газа таковы, что химические реакции с сорбентами протекают очень медленно. Существует также сложность повторного удаления углекислого газа в более устойчивых циклах улавливания и десорбции, которые сами по себе могут быть очень энергоемкими. Даже ведущие попытки построить заводы DAC, например, те, которые используют гидроксид калия и гидроксид кальция, сталкиваются с серьезными проблемами эффективности и затратами на восстановление, что делает поиск новых процессов особенно актуальным.
Группа под руководством профессора Сэйдзи Ямазоэ из Токийского столичного университета изучает класс технологий DAC, известных как системы разделения жидкой и твердой фаз. Во многих системах DAC воздух барботируется через жидкость, при этом между жидкостью и углекислым газом происходит химическая реакция. По мере протекания реакции в жидкости накапливается больше продукта реакции; это делает последующие реакции все медленнее и медленнее. Системы разделения жидкой и твердой фаз предлагают элегантное решение, при котором продукт реакции нерастворим и выходит из раствора в виде твердого вещества. В жидкости не происходит накопления продукта, и скорость реакции не сильно замедляется.
Группа сосредоточила свое внимание на соединениях жидких аминов, изменив их структуру для оптимизации скорости и эффективности реакции в широком диапазоне концентраций углекислого газа в воздухе, примерно от 400 частей на миллион до 30%. Они обнаружили, что водный раствор одного из этих соединений, изофорондиамина (IPDA), может превращать 99% углекислого газа, содержащегося в воздухе, в твердый осадок карбаминовой кислоты. Важно отметить, что они продемонстрировали, что твердое вещество, диспергированное в растворе, требует только нагревания до 60 градусов по Цельсию, чтобы полностью высвободить захваченный углекислый газ и восстановить исходную жидкость. Скорость удаления углекислого газа была как минимум в два раза выше, чем у ведущих лабораторных систем DAC.
Новая технология команды обещает беспрецедентную производительность и надежность в системах DAC, что имеет большое значение для систем улавливания углерода, развертываемых в масштабе. Помимо дальнейшего совершенствования своей системы, их видение мира «за пределами нуля» теперь обращается к тому, как можно эффективно использовать уловленный углерод в промышленных приложениях и бытовых продуктах.
