Активированный уголь против СО2

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Концентрация углекислого газа в атмосфере растет, разогревая климат и побуждая ученых искать способы, как воспрепятствовать этому процессу. И тут возможны две параллельные стратегии — сокращать выбросы СО₂ и изымать этот парниковый газ из атмосферы.

Уже разработаны методы удаления углекислого газа непосредственно из воздуха. Как правило, это пористые материалы, которые поглощают СО₂, а потом отдают его по требованию, чтобы использовать или утилизировать. Но пока методы эти в практику не входят, потому что материалы дорогие и нестабильные, для повторного использования поглотителя требуются высокие температуры, а для этого придется сжигать ископаемое топливо и производить углекислый газ.

Ученые из Кембриджского университета решили исследовать потенциал альтернативного материала — активированного угля. Он дешев, стабилен и его можно производить в больших количествах.

Вообще-то давно известно, что активированный уголь — прекрасный адсорбент. Его используют для очистки воды и воздуха от разных веществ, а также в медицине — при отравлениях. Однако обычный активированный уголь не улавливает СО₂ из воздуха. Исследователи предположили, что активированный уголь можно модифицировать, добавляя другие вещества, которые пробудят в угле способность к адсорбции углекислого газа. Например, это могут быть гидроксиды, образующие обратимые связи с СО₂.

Исследователи брали тонкие салфетки из ткани с активированным углем, помещали под положительное напряжение в растворе гидроксида калия. Ионы гидроксида накапливались в крошечных порах ткани, и получался активированный уголь, насыщенный гидроскид-ионами.

Кусочки этого модифицированного активированного угля поглощали СО₂ не хуже, чем ранее разработанные материалы. Однако новый адсорбент отдавал углекислый газ значительно проще и быстрее — достаточно было пропустить через него электрический ток, то есть поставить на зарядку, как аккумулятор. Материал быстро нагревался до 90–100°, после чего начиналась десорбция СО₂. Другие же материалы отдают углекислый газ неохотно — их приходится нагревать до 900°С, чтобы они вернули углекислый газ для использования или утилизации.

Недорогой активированный уголь действует как многоразовая губка, которая легко адсорбирует и легко отдает СО₂ с помощью зарядки. Такой адсорбент нового типа с низкой ценой наверняка пригодится и в катализе, и для разделения веществ, да и много где еще (Nature).