Инженер-исследователь из Лихай Аруп Сенгупта разработал новый способ улавливания углекислого газа из воздуха и хранения его в "бесконечной раковине" океана.
В этом подходе используется инновационный медьсодержащий полимерный фильтр, который существенно преобразует CO2 превращается в бикарбонат натрия (он же пищевая сода), который может быть безвредно выброшен в океан. Этот новый гибридный материал, или фильтр, называется DeCarbonHIX (т.е. обезуглероживание с помощью гибридного ионообменного материала) и описан в статье, недавно опубликованной в журнале Научные достижения.
Исследование, продемонстрировавшее 300-процентное увеличение количества улавливаемого углерода по сравнению с существующими методами прямого улавливания воздуха, привлекло международное внимание таких средств массовой информации, как BBC, CNN, Fast Company и Daily Beast, а также профессиональных организаций, таких как Американское химическое общество. Сам Сенгупта проявлял интерес к технологии со стороны компаний, базирующихся в Бразилии, Ирландии и на Ближнем Востоке.
"Климатический кризис - это международная проблема", - говорит Сенгупта, профессор химической и биомолекулярной инженерии, гражданского строительства и охраны окружающей среды в колледже инженерных и прикладных наук имени П.К. Россина в Лихай. "И я считаю, что мы несем ответственность за создание технологии прямого улавливания воздуха таким образом, чтобы она могла быть внедрена людьми и странами по всему миру. Любой, кто умеет пользоваться мобильным телефоном, должен уметь управлять этим процессом. Это не технология для зарабатывания денег. Это для спасения мира."
Эта работа является еще одним продолжением личной и профессиональной приверженности Сенгупты разработке технологий, которые приносят пользу человечеству и, в частности, маргинализированным сообществам по всему миру. Его исследования в области науки и техники в области водных ресурсов включали методы очистки питьевой воды, опреснение, повторное использование муниципальных сточных вод и рекуперацию ресурсов. Он изобрел первый многоразовый гибридный анионообменный наноматериал, селективный к мышьяку (HAIX-Nano), и в результате более двух миллионов человек по всему миру теперь пьют воду, безопасную для мышьяка. Два из его патентов были признаны "Патентами для человечества" Управлением по патентам и товарным знакам США.
Его изобретение обезуглероживателя стало результатом продолжающегося совместного2- проект по опреснению сточных вод, финансируемый Бюро мелиорации под юрисдикцией Министерства внутренних дел США. Сенгупта и его ученики искали надежные источники CO2 даже в отдаленных местах. Этот поиск проложил путь к области прямого захвата воздуха, или DAC, и созданию DeCarbonHIX. Эта тема была темой диссертации 23-летнего студента-инженера по охране окружающей среды Хао Чена, который успешно защитил свою кандидатскую в марте и получит докторскую степень в мае.
Улавливание углерода при более низких концентрациях
Наиболее распространенным из парниковых газов, способствующих глобальному потеплению, является углекислый газ. В 2021 году глобальные выбросы CO2 вырос на 6 процентов по сравнению с предыдущим годом - до 36,3 гигатонн, по данным Международного энергетического агентства. Всего одна гигатонна (равная 1 миллиарду тонн) эквивалентна массе всех наземных млекопитающих на земле.
По данным Межправительственной группы экспертов по изменению климата, выбросы парниковых газов привели к повышению глобальной температуры примерно на 1,1 градуса Цельсия по сравнению с доиндустриальным уровнем. В своем отчете рабочей группы за 2021 год МГЭИК оценивает, что среднегодовая температура в течение следующих 20 лет, как ожидается, повысится как минимум на 1,5 градуса Цельсия. Чем теплее становится на земле, тем больше выпадают радиоактивные осадки в виде повышения уровня моря, экстремальных штормов и экологических нарушений, и все это оказывает влияние на глобальное здравоохранение, безопасность и стабильность.
"Худшая часть этого кризиса заключается в том, что маргинализованные, бедные люди пострадают в 10 раз больше, чем те, кто способствовал этой ситуации", - говорит Сенгупта.
Существует три способа уменьшить количество CO2- говорит он. Первый - действия правительства - могут сократить выбросы, но это не повлияет на то, что уже содержится в воздухе.
"Второй способ - это удаление его из точечных источников, таких мест, как дымоходы и дымовые трубы, где углекислый газ выделяется в огромных количествах", - говорит он. "Хорошая вещь в этом заключается в том, что вы можете удалять его в очень высоких концентрациях, но он нацелен только на выбросы из определенных источников".
Новейший метод называется прямым улавливанием воздуха, который, по его словам, "позволяет удалять CO2 откуда угодно, даже с вашего собственного заднего двора."
С помощью DAC химические процессы удаляют CO2 из атмосферы, после чего он обычно хранится под землей. Однако, по словам Сенгупты, технология ограничена своими возможностями. Он не может улавливать достаточное количество CO2, чтобы компенсировать затраты энергии на запуск процесса.
"Если вы улавливаете углекислый газ из дымохода на заводе, количество CO2 в воздухе может содержаться более 100 000 частей на миллион", - говорит он. - При такой концентрации его легко удалить. Но, вообще говоря, уровень CO2 в воздухе составляет около 400 частей на миллион. Это очень высокий показатель с точки зрения изменения климата, но для целей удаления мы считаем его ультраразбавленным. Современные фильтрующие материалы просто не могут собрать его в достаточном количестве".
Еще одна проблема, связанная с DAC, связана с хранением данных. После того, как СО2 улавливается, растворяется, подвергается давлению, разжижается и обычно хранится в нескольких милях под землей. Затем установка DAC должна располагаться в районе с достаточным геологическим запасом и стабильностью. Например, такая страна, как Япония, не может перекачивать CO2 под землей, потому что этот район подвержен землетрясениям.
Вижу решение в морской воде
Компания SenGupta разработала метод DAC, который решает как проблему захвата, так и проблему хранения.
Для решения проблемы улавливания он разработал DeCarbonHIX - механически прочный, химически стабильный сорбент (материал, используемый для поглощения жидкостей или газов), содержащий медь.
"Медь изменяет внутренние свойства исходного полимерного материала и увеличивает улавливающую способность на 300 процентов", - говорит он. "Мы показали, что для прямого улавливания CO из воздуха с содержанием 400 частей на миллион CO2 таким образом, мы достигаем производительности, а это означает, что производительность больше не зависит от количества углекислого газа в воздухе. Фильтр полностью насыщается при любой концентрации, а это значит, что вы можете выполнять DAC у себя на заднем дворе, посреди пустыни или посреди океана."
Океан на самом деле является решением проблемы хранения, предложенным Сенгуптой. Его процесс DAC начинается с продувки воздуха через фильтр для улавливания CO2 Как только фильтр насыщается молекулами газа (определяется путем измерения количества газа, поступающего в фильтр, по сравнению с количеством газа, выходящего из него), морская вода пропускается через фильтр. Морская вода превращает углекислый газ в бикарбонат натрия (вы, вероятно, знаете его как пищевую соду, но не придаете этому значения, поскольку здесь речь идет о растворенном растворе). Растворенный бикарбонат натрия затем выбрасывается непосредственно в океан, что Сенгупта называет "бесконечным стоком".
"И это не оказывает никакого негативного воздействия на океан", - говорит Сенгупта. "Это вообще не меняет соленость".
На самом деле, по его словам, бикарбонат натрия, который является слабощелочным, может улучшить здоровье океана. Это связано с повышенным уровнем CO2 в атмосфере постепенно снижается рН океана, вызывая подкисление. Более кислая вода наносит ущерб росту и размножению морской флоры и фауны, таких как кораллы и планктон, и может привести к катастрофическим сбоям в пищевой цепочке.
"Бикарбонат натрия может обратить вспять это снижение рН", - говорит он.
По его словам, стоит отметить, что, как и в существующих процессах DAC, обезуглероживание также может быть десорбировано горячей водой или паром, а также чистым CO2 может быть извлечен, спрессован и сохранен под землей в геологическом хранилище.
"На самом деле этот новый фильтрующий материал обеспечивает двойной режим десорбции и секвестрации".
Комментарии