Технология на основе солнечного света превращает растворенный океанский CO₂ в промышленное сырье

Солнечное улавливание углерода и его преобразование

Руководитель проекта, профессор Шу Ху с факультета химической и экологической инженерии и член Йельского института энергетических наук, описывает систему как «солнечное улавливание и преобразование углерода в океане». Простыми словами, это производство топлива из солнечного света.

Используя солнечную энергию, команда превращает растворенный углерод в морской воде в синтез-газ, состоящий из окиси углерода (CO) и водорода. Этот синтез-газ является ключевым материалом для производства различных химических веществ и топлива. Несмотря на трудности, с которыми сталкивались предыдущие попытки извлечь углерод из океанской воды, исследователи сумели преодолеть проблему низкой концентрации карбонат-ионов в морской воде и добиться высокой энергоэффективности.

Преодоление проблем с реакторами и катализаторами

До сих пор существующие системы преобразования углерода сталкивались с ограничениями, поскольку большинство катализаторов и реакторов были эффективны только в лабораторных условиях. Основной проблемой было создание устройства, способного работать в реальных условиях и на больших масштабах.

Однако, благодаря уникальному подходу в проектировании фотокатализа и реакторов, команда Йельского университета разработала новое фотоэлектрохимическое устройство, которое использует только солнечный свет для преобразования растворенного углерода в морской воде в синтез-газ. Этот процесс имитирует работу фотосинтеза в океанских экосистемах и достигает коэффициента преобразования солнечной энергии в топливо 0,71%, что аналогично тому, как морские водоросли преобразуют углерод.

Реакция в контролируемом потоке

Одним из важнейших открытий стало то, что селективность реакции значительно зависит от поля потока внутри реактора. В статичной морской воде содержание окиси углерода (CO) в продукте составляло всего 3%. Однако, при использовании контролируемого потока внутри реактора, этот показатель увеличился до 21%. Это открытие стало возможным благодаря инновационному дизайну реактора.

«Это работает как идеально синхронизированная эстафета», — объяснил соавтор исследования, аспирант Сян Ши. «Анод пропускает протоны и CO₂ к катоду, который затем завершает процесс конверсии. Этот процесс эффективно управляет всей реакцией».

Массоперенос и масштабируемость технологии

С помощью подхода по регулированию потока, исследователи смогли оптимизировать массоперенос в реакции, что позволило не только удалить CO₂ из морской воды, но и использовать солнечный свет для выработки топлива прямо из океана.

Далее команда планирует усовершенствовать технологию и масштабировать систему до промышленного уровня. Модульная конструкция реактора позволяет собирать эти устройства в плавучие массивы площадью в квадратный метр. Плавучие реакторы, использующие естественные приливные движения и океанские течения для циркуляции воды, смогут непрерывно преобразовывать растворенный CO₂ в синтез-газ под воздействием солнечного света. Этот газ будет собираться и использоваться на промышленных объектах для химического синтеза или производства топлива.

Если вам понравился материал, кликните значок - вы поможете нам узнать, каким статьям и новостям следует отдавать предпочтение. Если вы хотите обсудить материал - не стесняйтесь оставлять свои комментарии : возможно, они будут полезны другим нашим читателям!