Блог

Aug 23, 2023

Как извлечь углекислый газ из морской воды

Изображения для загрузки на веб-сайте офиса новостей MIT предоставляются некоммерческим организациям, прессе и широкой публике на условиях Creative Commons Attribution. Некоммерческие, без производных.

Изображения для загрузки на веб-сайте офиса новостей MIT предоставляются некоммерческим организациям, прессе и широкой публике в соответствии с некоммерческой лицензией Creative Commons «С указанием авторства». Вы не можете изменять предоставленные изображения, кроме как обрезать их до нужного размера. При воспроизведении изображений необходимо использовать кредитную линию; если оно не указано ниже, укажите авторство изображений в «MIT».

Предыдущее изображение Следующее изображение

Поскольку углекислый газ продолжает накапливаться в атмосфере Земли, исследовательские группы по всему миру потратили годы на поиск способов эффективного удаления газа из воздуха. Между тем, «поглотителем» углекислого газа из атмосферы номер один в мире является океан, который поглощает от 30 до 40 процентов всего газа, образующегося в результате деятельности человека.

Недавно возможность удаления углекислого газа непосредственно из океанской воды стала еще одной многообещающей возможностью снижения выбросов CO2, которая потенциально может когда-нибудь даже привести к общим чистым отрицательным выбросам. Но, как и в случае с системами захвата воздуха, эта идея пока не привела к широкому использованию, хотя есть несколько компаний, пытающихся войти в эту область.

Теперь группа исследователей из Массачусетского технологического института утверждает, что они, возможно, нашли ключ к действительно эффективному и недорогому механизму удаления. Результаты были опубликованы на этой неделе в журнале Energy and Environmental Science в статье профессоров Массачусетского технологического института Т. Алана Хаттона и Крипы Варанаси, постдока Сеони Ким и аспирантов Майкла Ницше, Саймона Руфера и Джека Лейка.

Существующие методы удаления углекислого газа из морской воды прикладывают напряжение к стопке мембран для подкисления исходного потока за счет расщепления воды. При этом бикарбонаты воды преобразуются в молекулы CO2, которые затем можно удалить в вакууме. Хаттон, профессор химической инженерии Ральфа Ландау, отмечает, что мембраны дороги, и для управления общими электродными реакциями на обоих концах батареи требуются химические вещества, что еще больше увеличивает стоимость и сложность процессов. «Мы хотели избежать необходимости введения химикатов в анодные и катодные полуэлементы, а также по возможности избегать использования мембран», — говорит он.

Команда придумала обратимый процесс, состоящий из электрохимических ячеек без мембран. Реактивные электроды используются для высвобождения протонов в морскую воду, подаваемую к клеткам, что приводит к выделению растворенного углекислого газа из воды. Процесс является циклическим: сначала вода подкисляется для преобразования растворенных неорганических бикарбонатов в молекулярный диоксид углерода, который собирается в виде газа в вакууме. Затем вода подается во второй набор ячеек с обратным напряжением, чтобы восстановить протоны и превратить кислую воду обратно в щелочную, прежде чем выпустить ее обратно в море. Периодически роли двух клеток меняются, когда один набор электродов истощается протонами (во время подкисления), а другой регенерируется во время подщелачивания.

Такое удаление углекислого газа и повторное закачивание щелочной воды может постепенно обратить вспять, по крайней мере локально, закисление океанов, вызванное накоплением углекислого газа, что, в свою очередь, угрожает коралловым рифам и моллюскам, говорит Варанаси, профессор машиностроение. По их словам, повторная закачка щелочной воды может осуществляться через рассредоточенные выпуски или далеко от берега, чтобы избежать локального всплеска щелочности, который может разрушить экосистемы.

«Мы не сможем справиться с выбросами всей планеты», — говорит Варанаси. Но в некоторых случаях повторную закачку можно производить в таких местах, как рыбные фермы, где вода имеет тенденцию к подкислению, так что это может быть способом противодействовать этому эффекту.

После удаления углекислого газа из воды его все равно необходимо утилизировать, как и в случае других процессов удаления углерода. Например, его можно захоронить в глубоких геологических формациях под морским дном или химически преобразовать в такое соединение, как этанол, который можно использовать в качестве транспортного топлива, или в другие специальные химические вещества. «Конечно, вы можете рассмотреть возможность использования уловленного CO2 в качестве сырья для производства химикатов или материалов, но вы не сможете использовать его весь в качестве сырья», — говорит Хаттон. «У вас закончатся рынки сбыта для всей производимой вами продукции, поэтому, несмотря ни на что, значительное количество улавливаемого CO2 придется захоронить под землей».