Нет сомнений в том, что изменение климата является очень серьезной (и ухудшающейся) проблемой. Согласно недавнему докладу Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК), даже если бы все промышленно развитые страны мира в одночасье стали углеродно-нейтральными, проблема продолжала усугубляться. Короче говоря, недостаточно прекратить перекачивать мегатонны СО2 в атмосферу; мы также должны начать удалять то, что уже положили туда.
Это где техника, известная как улавливание углерода (или удаление углерода) вступает в игру. Следуя примеру природы, международная команда исследователей из Университета Ватерлоо, Онтарио, создала «искусственный лист», который имитирует способности к очистке углерода реальной вещи. Но вместо превращения атмосферного СО2 в качестве источника топлива для себя, лист превращает его в полезное альтернативное топливо.
Исследование команды было описано в статье, которая недавно появилась в журнале Энергия природы, Команду возглавлял Иминь А. Ву, исследователь из Центра наноразмерных материалов в Аргоннской национальной лаборатории (ANL) в Иллинойсе и профессор инженерных наук из Института нанотехнологий Ватерлоо (WIN). К нему присоединились исследователи из обоих учреждений, а также из Калифорнийского государственного университета (Нортридж) и Городского университета Гонконга.
В природе зеленые растения превращают атмосферный СО2 и вода в глюкозу и кислород в процессе фотосинтеза. Это стало возможным благодаря пигментному хлорофиллу, который поглощает свет от Солнца на нескольких длинах волн (фиолетово-синий и оранжево-красный) для стимулирования химических реакций. Затем глюкоза используется растениями в качестве источника топлива, а газообразный кислород выделяется.
Как объяснил Ву, он и его команда использовали одну и ту же идею для создания своего искусственного листа, который основан на очень похожем процессе, но производит разные конечные продукты. «Мы называем это искусственным листом, потому что он имитирует настоящие листья и процесс фотосинтеза», - сказал он. «Лист производит глюкозу и кислород. Мы производим метанол и кислород ».
Ключом к процессу (над которым У и его коллеги работают с 2015 года) является оксид меди, дешевый красный порошок, химически спроектированный так, чтобы в нем было как можно больше восьмисторонних частиц. Этот порошок создается химической реакцией, когда глюкоза, ацетат меди, гидроксид натрия и додецилсульфат натрия добавляются в воду, которая была нагрета до определенной температуры.
Этот порошок затем добавляют в воду, где он служит катализатором, когда закачивается углекислый газ, и солнечный имитатор излучает луч белого света в раствор. В результате химической реакции образуется газообразный кислород (посредством фотосинтеза), в то время как СО2вода и порошковый раствор превращаются в метанол. Поскольку метанол имеет более низкую температуру кипения, чем вода, раствор нагревается и метанол собирается по мере испарения.
Этот процесс отражает аналогичные исследования, проводимые в Кембриджском университете в Великобритании, где исследователи разработали устройство, использующее фотосинтез, производимый солнечным светом и кобальтовыми поглотителями света, для превращения воды и СО.2 газ в синтез-газ. Это вещество сделано из смеси водорода и окиси углерода и используется в производстве альтернативных видов топлива, фармацевтических препаратов, пластмасс и удобрений.
Она также похожа на концепцию «искусственного дерева», разработанную Клаусом Лакнером, директором Центра устойчивой энергетики Ленфеста при Колумбийском университете. Несколько лет назад Лакнер предложил метод, при котором «деревья» с пластиковыми листьями, покрытыми смолой, могут удалять в 100 раз больше, чем СО2 с воздуха как натуральные деревья. Как только листья впитают в себя столько углекислого газа, сколько смогут, их помещают в воду для создания биотоплива.
Такой процесс интересен по двум причинам. Прежде всего, удаление углекислого газа (основного источника глобального потепления) из атмосферы поможет замедлить изменение климата. Во-вторых, получаемые в результате альтернативные виды топлива позволят людям по-прежнему полагаться на неэлектрические автомобили, что даст нам больше времени для перехода к жизни с нейтральным уровнем выбросов углерода. Или, как сказал Ву Space Magazine по электронной почте:
«Ожидается, что эта технология сократит СО2 выбросы от нефтяных компаний, автомобильных компаний и металлургических компаний. Это может также обеспечить чистое и устойчивое топливо, метанол для транспортных средств и самолетов. Метанол также является сырьем в химической промышленности для производства пластмасс и волокон. Это обеспечивает решение для сокращения выбросов CO2 и производства экологически чистого топлива для зеленой экономики ».
В будущем будут предприняты дополнительные шаги для увеличения выхода метанола и коммерциализации запатентованного процесса, чтобы его можно было использовать в промышленных целях. «Я чрезвычайно рад возможности этого открытия изменить игру», - добавил Ву. «Изменение климата является насущной проблемой, и мы можем помочь снизить выбросы СО2 выбросы при создании альтернативного топлива ».
