Материаловеды из государственной физической лаборатории в Хэфэе (Китай) предложили новый материал, способный превращать углекислый газ в жидкое топливо. Процесс электровосстановления, требующий сравнительно малых затрат энергии, проходит благодаря уникальному составу материала, состоящего из слоёв кобальта и оксида кобальта. Материал, толщиной всего в четыре атома, преобразовывает парниковый газ в формиаты (эфиры муравьиной кислоты).
Как поясняет Картиш Мантирам [Karthish Manthiram], химик из Калифорнийского технологического института, давно работающий над проблемой электровосстановления CO2, созданный китайскими учёными материал действительно может совершить прорыв в науке. Учёные многие годы бьются над проблемой утилизации избыточного углекислого газа, грозящего нашей планете парниковым эффектом, но до сей поры не удавалось найти материалов, хорошо подходящих для этой задачи.
Материал, пригодный для указанного преобразования, должен, во-первых, обеспечивать стабильную скорость преобразования газа, во-вторых, эта скорость должна быть достаточно велика для практического применения, и, в-третьих, процесс должен затрачивать не слишком много энергии. В конце концов, частично избыток CO2 образуется как раз из-за получения электроэнергии, поэтому тратить слишком много энергии на его утилизацию было бы контрпродуктивно.
Новый материал при пропускании через него импульсного тока начинает взаимодействовать с молекулами проходящего через него углекислого газа – атом водорода присоединяется к атому углерода в углекислом газе, и после добавления ещё одного электрона к атому кислорода CO2 превращается в формиат CHOO?.
Прилагая ток в 10 мА на квадратный сантиметр материала при напряжении в 0,24 В, учёные получили на выходе стабильный поток формиатов с 90% селективностью. По признанию Мантирама, это наилучший показатель из всех, что доступны на сегодняшний день. По его словам, ещё лет 10 назад такие показатели считались принципиально недостижимыми. И хотя должны пройти годы до того момента, когда это достижение будет воплощено в коммерческих устройствах, учёные настроены весьма оптимистично.
Комментарии (30)
bubuq
13.01.2016 10:32В данном контексте формиат не соль и не эфир, а анион муравьиной кислоты, который прилично было бы записать как CHOO?.
Очевидно, остаются гидроксид-ионы OH?, которые нужно как-то ещё восстановить, и связать формиат, но до этого ещё процесс не дошёл.
beliakov
13.01.2016 10:56+1Процесс электровосстановления, требующий сравнительно малых затрат энергии, проходит благодаря уникальному составу материала, состоящего из слоёв кобальта и оксида кобальта. Материал, толщиной всего в четыре атома, преобразовывает парниковый газ в формиаты (эфиры муравьиной кислоты).
Если использовать полученные формиаты в качестве топлива, будет выделяться все тот же углекислый газ. Энергии получится меньше чем потрачено на «электровосстановление». Идея с получением углеродного волокна из CO2 выглядит перспективнее — geektimes.ru/post/260560.
tossshik
13.01.2016 11:18+2Энергии всегда будет получаться меньше — привет Ньютону. Зато если это позволит частично заменить нефть, то можно избежать выбросов «нового» углекислого газа в атмосферу.
Seredin
13.01.2016 11:39+1Зато если это позволит частично заменить нефть, то можно избежать выбросов «нового» углекислого газа в атмосферу.
Возможно ошибаюсь, но что-то мне подсказывает что при использовании CHOO в качестве топлива — будем получать все тот же CO2. Или нет?
Zolg
13.01.2016 12:02+1Не совсем ясна практическая применимость технологии.
Избежать выбросов нового углекислого газа, говорите? А откуда возьмется электричество для «восстановления» топлива?
ТЭC… что-то тут не то :)
АЭС… может быть… но вопрос с атомной энергетикой не столь однозначен.
Возобновляемые источники энергии, солнечные батареи и все такое: очень хорошо и здорово, но тут вот какое но: технологией регенерации топлива из углекислого газа с использованием энергии солнца человечество пользуется многие тысячи лет, просто сжигая дрова. В продвинутом варианте — спирт.
Cильно подозреваю, что энергетическая и экономическая эффективность этого древнего техпроцесса (а уж тем более — экологичность) будет выше.frig
13.01.2016 12:20+3Эта технология позволяет поставить где нибудь в пустыне много много солнечных батареек и получать в итоге готовое для сжигания топливо. С дровами, в принципе, тоже самое, но высадить в пустыне лес будет несколько сложнее, имхо. Да и сжигать дрова не удобно :)
Zolg
13.01.2016 14:59В сценарии промышленного применения «лес и дрова» следует читать как, скажем, «водоросли и биодизель».
Speakus
13.01.2016 13:42-2технологией регенерации топлива из углекислого газа с использованием энергии солнца человечество пользуется многие тысячи лет, просто сжигая дрова
Сжигая дрова мы регенерируем топливо? О как.
scg
13.01.2016 13:58+1А что не так? Дерево растет, добывая нужный ему углерод из CO2 атмосферы используя энергию солнца.
6opoDuJIo
13.01.2016 14:41+1Фокус в том, что мы можем таким образом сохранить электроенергию в виде жидкого топлива. Т.о. частично может быть решена проблема её транспортировки. Это действительно неплохо.
Zolg
13.01.2016 15:26Тоже не все так радужно, даже если не задаваться вопросом о КПД процесса:
быстро и компактно преобразовывать [достаточно большие] излишки электроэнергии в топливо, беря CO2 из воздуха немножко не получится:
CO2 в атмосфере всего-то [чуть меньше] 0,05% по массе. Т.е. для получения 1кг условного угля необходимо прогнать через «восстановитель» порядка шести тысяч кубометров воздуха.lolhunter
13.01.2016 18:20Тут опять же вопрос технологичности. Если это будет условно экран площади 40-50 квадратов рядом с ветряком, через который воздух будет идти «самотеком», то в принципе не такая большая проблема. При скорости 5 м/c на 40 квадратах это получится 2 кг угля в минуту. Опять же в «идеальной» ситуации — какой-нибудь забор на участке, который при подведении электричества генерит биодизель это вполне себе не плохо. Поставил солнечную батарею и пускай себе генерит — раз в неделю собрал — машину заправил)
Zenitchik
13.01.2016 18:25+1У естественного фотосинтеза тоже позорно низкий КПД. Если удастся получить более высокий, это будет конкурент биотопливу.
Mad__Max
15.01.2016 22:33Получится, уже научились как-то этот вопрос сбора СО2 из воздуха довольно эффективно решать: geektimes.ru/post/249592
А тут у китайцев усовершенствование для одной из важнейших стадий подобного процесса — первичной конверсии довольно инертного газа в органические соединения.Zolg
18.01.2016 12:51Эффективно, ага:
Дрезденский экспериментальный завод планирует выпускать 160 литров дизтоплива в день
Mad__Max
18.01.2016 17:49Это же экспериметально-тестовая установка, а не промышленная. Зато в плане эффективности преобразования даже на мелкомасштабной установке уже добились уровня КПД в 70% (энергия запасенная в виде жидкого топлива / потраченная электроэнергия)
Mad__Max
15.01.2016 22:25+1Не правильно подозреваете — реальная эффективность такого процесса (солнце — фотосинтез — деревья — дрова — энергия) всего порядка ничтожных 1-3%. Единственный плюс — минимальные инвестиционные и эксплуатационные затраты.
Со спиртом (солнце — фотосинтез чего-то быстрорастущего типа сахарного тростника — спирт) эффективность выше, но оно приемлемо только в некоторых очень ограниченных климатом местах и забирает полезные с/х у производства продуктов питания.
Тогда как солнечные батареи уже сейчас на порядок эффективнее — в районе 20% КПД и именно с/х земля не нужна — годятся любые поверхности, в т.ч. полностью не пригодные для выращивания чего-либо.Zolg
18.01.2016 12:48Технологию с многотысячелетней историей совсем не обязательно использовать на тысячелетнем уровне, выращивая дубовые рощи на дрова. Чаны с водорослями (набирающими биомассу побыстрее тростника) можно разместить и в пустыне.
А КПД на порядок более эффективных солнечных батарей нужно не забыть умножить на КПД процесса преобразования CO2 в муравьиную кислоту.
Speakus
13.01.2016 13:53+2На ТЭС эта технология похоже бессмысленна — ведь энергию получает ТЭС за счёт связывания кислорода с углеродом — т.е. получая CO2
Проведя обратную реакцию мы по идее потеряем такое же количество энергии.
Использование же совместно с солнечными батареями — выглядит разумно когда у нас уже зарядился аккумулятор от солнечных батарей, и нагрузки на батареи в данный момент нету.lolhunter
13.01.2016 14:12+1Вопрос в финальном топливе.
Если можно произвести жидкое топливо (биодизель, например) мы получаем фактически обратное преобразование электричество — жидкое топливо. Использовать можно на вскидку для компенсации скачков в солнечной энергетике (аккумуляторы становятся не нужными), скачки в ветряках.
Так же можно не париться по поводу перепроизводства энергии по ночам на тех же ГЭС/АЭС — днем работаем на 100%, ночью лупим топливо для ТЭЦ. Вопрос исключительно в технологичности и выходном продукте.Zenitchik
13.01.2016 18:27Тогда надо топливо использовать в топливных элементах, а не в ТЭЦ. Тепловая энергия в качестве промежуточной формы преобразования электричества в электричество — это очень плохая идея.
lolhunter
13.01.2016 18:41Тут вопрос что будет выходить и сколько у этого будет себестоимость. Если будет тот же биодизель, то я думаю оно лучше пойдет на заправки, чем в ТЭЦ.
guai
13.01.2016 15:0210 мА на квадратный сантиметр, имхо, много. Сколько тех квадратный сантиметров понадобится? А сколько на той поверхности прореагирует CO??
Zenitchik
А водород откуда?
RusakovMxL
Может пары воды с выделением «лишнего» кислорода? А вода в воздухе есть всегда.