Миллиарды метрических тонн диоксида углерода (СО₂), которые мы ежегодно выбрасываем в атмосферу, усиливают растущую угрозу климатических изменений. С помощью электричества, воды и различных катализаторов ученые могут расщеплять СО₂, превращая его в монооксид углерода СО и метан, а затем преобразовывать их в более сложные виды углеводородного топлива, такие как бутан.

В настоящее время исследователи полагают, что мы, возможно, находимся на пороге революционного события – создания технологии рециркуляции СО₂. Углекислый газ с электростанций, а возможно даже и непосредственно из атмосферы, будет поступать на переработку и превращаться в топливо, говорится в статье, опубликованной на днях в журнале Joule.

Корреспондент издания Science побеседовал с одним из авторов исследования, аспирантом-материаловедом Филом Де Луна из университета Торонто в Канаде, о том как происходит рециркуляция СО₂ , а также о будущем этих технологий.

— Для чего нужна химическая переработка углекислого газа?

— Развитый мир уже в течение многих лет производит гигантские объемы СО₂ , легкомысленно выбрасывая его в атмосферу, и здесь кроются большие возможности. Я могу представить себе тот день, когда весь энергетический комплекс будет работать на возобновляемых источниках энергии, а все углеводородные продукты – перерабатываемые пластмассы, топливо, необходимое для продолжительного хранения энергии и отопления жилых помещений в зимнее время – все это будет получено в результате конверсии СО₂.

И когда это произойдет, углекислый газ превратится в средство хранения возобновляемой энергии в химической форме в течение долгого времени, средство, для которого характерна высокая стабильность. И это является в определенном смысле нашей целью – превратить углекислый газ из отходов, загрязняющих атмосферу, в универсальный энергоноситель.

— Каково происхождение идеи конверсии углекислого газа?

— Идея связана с искусственным фотосинтезом: поскольку природа способна комбинировать солнечный свет, углекислый газ и воду, создавая из них пищу, мы пытаемся создать инженерные устройства, которые будут потреблять СО₂, возобновляемую энергию и воду, преобразуя все это в топливо, то есть продукты с большей добавленной стоимостью.

— Как эта технология превращает СО₂ в топливо?

— Это своего рода противоположность топливной батарее. Там есть катод и анод. На аноде вода разделяется на протоны и газообразный кислород, а на катоде СО₂ химически расщепляется до других химических веществ, обладающих добавленной стоимостью, таких как монооксид углерода СО, метан и этилен. Таким образом, мы загружаем в условную установку молекулы СО₂, протоны и электроны (полученные за счет воды и электроэнергии) и электрохимическим способом преобразуем их.

— Похоже, вы можете таким образом синтезировать множество различных молекул. Как вы решаете, какие из них следует создавать?

— Мы подошли с точки зрения экономики и проанализировали все виды углеводородного топлива, которые потенциально можно получить из СО₂. Хотя молекулы с большим числом атомов углерода обладают большей удельной энергоемкостью, в процессе их получения также расходуется большее количество энергии. Таким образом, для нынешней технологии, которой мы обладаем, гораздо целесообразнее получать молекулы с меньшим количеством атомов углерода, такие как этилен или монооксид углерода, а затем модифицировать их с использованием других процессов.

— Эта технология уже готова к применению?

— Расширение масштабов и технологический прогресс, которые наблюдаются на протяжении последних нескольких лет, на самом деле совершенно потрясающие. Что же касается того, насколько мы близки к полномасштабному промышленному применению этой технологии, на мой взгляд, речь идет о 5-10 годах.

— Какие другие методы могут быть использованы для переработки углекислого газа в будущем?

В процессе фотохимического катализа движущей силой является солнечный свет, а не электричество. Биогибридные системы сочетают что-то вроде фотокатализа или электрокатализа с ферментами или микробами, которые могут модернизировать продукты конверсии СО₂ в более сложные химикаты. Молекулярный механизм – это идея о том, что мы можем создать фабрики молекулярного уровня, которые будут поглощать углекислый газ, разрывать химические связи, переставлять атомы, меняя конфигурацию молекул. Это очень оптимистическая идея и отдаленная мечта, но обязательно наступит тот день, когда она сможет осуществиться.

— Как вы полагаете, от чего зависит, какая из технологий в конечном счете победит?

— В конце концов, в подобных случаях все определяет рынок, точнее говоря, какая из технологий получит достаточную поддержку и признание со стороны индустрии. Это будет та технология, которую удастся внедрить в промышленных масштабах и которая продемонстрирует свою конкурентоспособность. Крупные энергетические компании ищут пути диверсификации своих портфелей и технологий. А эта идея…прекрасно вписывается в то, что они уже обладают знаниями и навыками, и она на самом деле может стать для них страховкой от утраты релевантности в будущем.