Воссоздание процесса естественного фотосинтеза, при котором растения превращают солнечный свет, воду и углекислый газ в энергию, является давней целью науки. Часто описываемые как «искусственный лист», эти системы могут сыграть ключевую роль в борьбе с изменением климата, и команда инженеров только что набрала темп, представив решение, которое улавливает углекислый газ в 100 раз быстрее, чем современные технологии.
За прошедшие годы мы рассмотрели довольно много систем с искусственными листьями, которые используют солнечный свет для превращения воды в жидкое топливо и электричество . Один интересный пример представили инженеры Иллинойского университета в Чикаго (UIC) в 2019 году. По словам создателей, у него был уникальный дизайн , который делал его пригодным для использования в реальном мире, в отличие от других лабораторных решений, которые могли работать только с углекислым газом из резервуаров под давлением. .
Решение состояло из стандартной единицы искусственного фотосинтеза, которая была заключена в прозрачную капсулу, наполненную водой, и имела полупроницаемый внешний слой. Когда солнечный свет падал на устройство, вода испарялась через поры во внешнем слое, а вместо нее втягивался углекислый газ, который внутренний блок превращал в окись углерода. Этот CO можно, в свою очередь, улавливать и использовать для производства синтетического топлива.
Благодаря некоторым ключевым изменениям в конструкции ученые подняли его производительность на новый уровень. Команда использовала недорогие материалы для интеграции электрически заряженной мембраны, которая действует как градиент воды, как с сухой, так и с влажной стороной. На сухой стороне органический растворитель присоединяется к захваченному диоксиду углерода и превращает его в концентрированный бикарбонат, который накапливается на мембране.
Положительно заряженный электрод на влажной стороне затем пропускает бикарбонат через мембрану в водный раствор, где он снова превращается в углекислый газ для производства топлива или в других целях. Изменение электрического заряда может ускорить или замедлить скорость захвата углерода, которая, как обнаружил ученый, в оптимальном случае может захватывать 3,3 миллимоля в час на каждые четыре квадратных сантиметра (0,6 кв. дюйма) материала.
На диаграмме показана конструкция нового устройства «искусственный лист», которое с большой эффективностью улавливает углекислый газ.. Aditya Prajapati/UIC
Эта «скорость потока» описывается как очень высокая и более чем в 100 раз лучше, чем у существующих систем. Важно отметить, что для питания реакций требовалось лишь незначительное количество энергии, 0,4 кДж в час, что меньше, чем требуется для работы одноваттной светодиодной лампочки. Что не менее впечатляет, команда говорит, что система может улавливать углекислый газ по цене 145 долларов США за тонну, что соответствует рекомендациям Министерства энергетики, согласно которым эти технологии должны стоить 200 долларов США за тонну или меньше.
«Наша система искусственного листа может быть развернута за пределами лаборатории, где она может сыграть значительную роль в сокращении выбросов парниковых газов в атмосферу благодаря высокому уровню улавливания углерода, относительно низкой стоимости и умеренному энергопотреблению, даже по сравнению с лучшие лабораторные системы», — сказал Минеш Сингх, доцент кафедры химического машиностроения в Инженерном колледже UIC и автор статьи.
Устройство достаточно маленькое, чтобы поместиться в рюкзаке, и является модульным по своей природе, что означает, что несколько устройств потенциально могут быть сложены друг на друга для создания устройств, подходящих для различных условий.
«Особенно интересно, что это реальное применение искусственного листа, управляемого электродиализом, имело высокий поток с небольшой модульной площадью поверхности», — сказал Сингх. «Это означает, что его можно штабелировать, модули можно добавлять или убирать для более точного соответствия потребностям и доступного использования в домах и классах, а не только в прибыльных промышленных организациях. Небольшой модуль размером с домашний увлажнитель воздуха может удалять более 1 кг (2,2 фунта) CO2 в день, а четыре промышленных электродиализа могут улавливать более 300 кг (300 фунтов) CO2 в час из дымовых газов».
Исследование было опубликовано в журнале Energy & Environmental Science .
Изображение: Meenesh Singh
Будьте в курсе в удобном формате, присоединяйтесь: TG-канал и ВК
Опубликуйте материал о вашем проекте, стартапе или технологии
hello@technovery.com