Полимерный клей недорого и эффективно улавливает углекислый газ

Электростанции по всему миру продолжат сжигать ископаемое топливо, пока технологии экологически чистой энергии полностью не заменят уголь и газ

Улавливать и хранить углерод - волнующая тема среди исследователей. Ученые разрабатывают и улучшают материалы, которые захватывают углекислый газ (CO₂) из атмосферы. В Научно-исследовательском институте энергетической безопасности (ESRI) Университета Суонси разработан многообещающий материал из жидкого амина - химического вещества, которое известно своей способностью реагировать с CO₂. Однако в жидкой форме это вещество имеет низкую эффективность.

Добавляя в жидкий амин достаточное количество клея, чтобы жидкость перешла в твердое состояние, получается новый материал, который захватывает CO₂ [1] в количестве одной пятой своего собственного веса. В качестве клея взяли эпоксидную смолу, которая входит в состав различных красок, лаков и напольных покрытий. Эпоксидные смолы могут стать ключевым сырьем, чтобы создавать эффективные материалы, которые улавливают углекислый газ.

Сейчас конценитрация CO₂ в атмосфере примерно в 1,5 раза выше, чем в доиндустриальное время. Если есть цель ограничить глобальное потепление в пределах 1,5 ⁰C, необходимо улавливать атмосферный CO₂ в промышленном масштабе и либо преобразовывать его в полезные химические или биологические вещества, либо утилизировать глубоко под землей в истощенных нефтяных месторождениях.

При всех проблемах, связанных с выбросами CO₂, фактически его доля составляет всего 0,04% от всего объема атмосферы, поэтому его очень трудно извлечь непосредственно из воздуха. Предлагается улавливать CO₂ до того, как он покинет дымовые трубы на электростанциях, где его концентрация колеблется от 8 до 15 %, а температура - от 40 до 100 ⁰C. Электростанции по всему миру продолжат сжигать ископаемое топливо, пока технологии экологически чистой энергии полностью не заменят уголь и газ.

В промышленных процессах, в которых улавливается CO₂, используются жидкие амины, но эта технология несет в себе определенные трудности: высокая стоимость, низкая эффективность, вред окружающей среде.

Технологии следующего поколения

Что же особенного в этой «губке» из клея, которая впитывает CO₂? Это полимер, в основном из жидких аминов, которые взаимодействуют с CO₂. Было показано, что молекулы клея связывают молекулы жидкого амина и образуется одна твердая масса. Твердое состояние делает материал легким и безопасным в обращении, и дешевым, чтобы его повторно использовать. Эпоксидная смола стоит недорого и производится в больших объемах. Когда она и жидкий амин соединяются вместе, образуется твердый материал, который очень эффективно захватывает CO₂.

Однако, находясь в дымовой трубе, на материал будет действовать смесь газов, а ему необходимо захватывать исключительно CO₂. Провели эксперимент, чтобы выяснить, будет ли полимер поглощать азот (N₂) - самый распространенный газ в атмосфере Земли. Однако этого не случилось. Исследователи подтвердили, что материал избирательно поглощает только CO₂.

В искусственных условиях, которые повторяли характеристики дымовой трубы, материал испытали потоком газа, который состоял из 10% CO₂ и 90% N₂, при температуре 90 ⁰C. После того как полимер поглотил CO₂, температуру повысили до 155 ⁰C, чтобы высвободить углекислый газ и восстановить материал.

Полимерный клей улавливал CO₂ в количестве 9,5% от своего веса в течение 29 последовательных циклов - это довольно хорошая производительность, учитывая, что он постоянно находился в дымовой трубе.

Следующее испытание провели, чтобы проверить работоспособность материала в условиях повышенной влажности, которая, в том числе, есть и в дымовых газах. Влажность часто приводит к тому, что аналогичные по назначению твердые материалы теряют свои свойства, поскольку они напитываются водой, вместо того чтобы поглощать CO₂.

На удивление, вместо того чтобы ухудшить свойства материала, влага фактически помогла ему захватить больше CO₂. В условиях влажности и только при 25 ⁰C клей поглотил CO₂ в количестве 23,5% своего собственного веса. Это создает большие перспективы, чтобы захватывать CO₂ непосредственно из воздуха.

Ссылки:

1. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemmater.9b00574

Источник: The Conversation