Обычное большое дерево за год может высосать из воздуха до 40 килограммов углекислого газа. Теперь ученые из Калифорнийского университета в Беркли утверждают, что они могут проделать ту же работу, используя менее половины килограмма пушистого желтого порошка.
Порошок был разработан таким образом, чтобы задерживать парниковый газ в своих микроскопических порах, а затем высвобождать его, когда он будет готов, чтобы спрятать его где-нибудь, где он не будет способствовать глобальному потеплению. Согласно исследованию, опубликованному в журнале Nature, после 100 таких циклов материал все еще оставался в прекрасной форме.
«Он прекрасно работает», - сказал Омар Яги, химик-ретикулярщик из Калифорнийского университета в Беркли и старший автор исследования. «Основываясь на стабильности и поведении материала в данный момент, мы думаем, что он выдержит тысячи циклов».
Порошок, получивший название COF-999, может быть использован в крупномасштабных установках прямого улавливания воздуха, которые начинают вводиться в эксплуатацию для сокращения количества углерода в атмосфере.
По словам ученых, для того чтобы ограничить глобальное потепление до 2 градусов Цельсия по сравнению с доиндустриальным уровнем и предотвратить некоторые из самых страшных последствий изменения климата, необходимо удерживать концентрацию углекислого газа в атмосфере ниже 450 частей на миллион. Измерения, проведенные в обсерватории Мауна-Лоа на Гавайях, показывают, что уровень CO2 в настоящее время составляет около 423 частей на миллион.
Клаус Лакнер, директор-основатель Центра отрицательных выбросов углерода при Университете штата Аризона, согласен с тем, что прямой захват воздуха станет важным инструментом для поглощения углерода и охлаждения планеты, как только будут преодолены важные препятствия. По его словам, достижения нового исследования могут помочь в этом.
По словам руководителя исследования Зихуи Чжоу, химика-материаловеда, работающего над докторской диссертацией в Калифорнийском университете в Беркли, при рассмотрении под сканирующим электронным микроскопом порошок напоминает крошечные баскетбольные мячи с миллиардами отверстий.
Структуры удерживаются вместе с помощью одних из самых прочных химических связей в природе, включая те, которые превращают атомы углерода в алмазы. К каркасам прикреплены соединения, называемые аминами.
Когда воздух проходит через структуры, большинство его компонентов остаются нетронутыми. Но амины, которые являются основными, захватывают углекислый газ, который является кислотой.
Молекулы CO2 будут оставаться на месте до тех пор, пока ученые не ослабят их нагревом. Затем они смогут собрать их в вакуум, скорее всего, закачав глубоко под землю, сказал Чжоу.
Как только углекислый газ будет удален из порошка, весь процесс можно будет начать заново.
Чтобы проверить возможности COF-999 по очистке углерода, исследователи упаковали порошок в трубку из нержавеющей стали размером с соломинку и подвергали ее воздействию наружного воздуха Беркли в течение 20 дней подряд.
Когда порошок попадал в трубку, воздух Беркли содержал CO2 в концентрации от 410 до 517 частей на миллион. Когда он вышел с другой стороны, ученые не смогли обнаружить углекислого газа вообще, сказал Чжоу.
Члены команды продолжают вносить усовершенствования, и в ближайший год они планируют удвоить мощность установки.
Еще одним плюсом является то, что COF-999 ослабляет свою фиксацию CO2, если его нагреть примерно до 140 градусов по Фаренгейту. По словам Чжоу, аналогичные материалы необходимо нагревать до 250 градусов F, чтобы извлечь углерод.
Кроме того, порошок более прочный. По словам Чжоу, команда протестировала новую версию, которая проработала 300 циклов, после чего эксперимент был завершен.
«Если вы проработали 100 циклов и не заметили ухудшения, это говорит о том, что вы можете проработать тысячи циклов», - сказал он. «Сможете ли вы получить сотни тысяч циклов, мы не знаем».
По словам Чжоу, чтобы развернуть эту технологию в промышленных масштабах, потребуется создать некую большую металлическую коробку, через которую сможет проходить воздух, не выдувая весь порошок. Эти коробки должны быть сгруппированы в количествах, напоминающих современный химический или нефтяной завод. Версия COF-999 может быть готова к использованию в установках прямого захвата воздуха в течение двух лет.
