Желтый порошок представляет собой тип соединения, известного как «ковалентный органический каркас» или COF.
Рост концентрации углекислого газа в атмосфере в последние годы стал причиной сильных ураганов, лесных пожаров, сильной жары, наводнений, засух и многого другого. Наряду с усилиями по сокращению выбросов газа в результате сжигания ископаемого топлива, некоторые ученые также ищут процессы, которые могли бы удалить часть уже имеющегося углекислого газа.
«Вы должны брать CO2 из воздуха, и другого выхода нет», — говорит Омар Яги, химик из Калифорнийского университета в Беркли. Лос-Анджелес Таймс‘ Карен Каплан. «Даже если мы прекратим выбросы CO2, нам все равно придется удалить его из воздуха. У нас нет других вариантов».
Теперь Яги и его команда разработали новый материал, который, по их словам, может изменить правила игры в этой задаче и потенциально может быть использован на промышленных объектах в течение следующих нескольких лет. Невооруженным глазом он выглядит как желтый порошок. Под микроскопом он выглядит как крошечный баскетбольный мяч с миллиардами мельчайших отверстий. Лос-Анджелес Таймс. Порошок имеет гексагональную структуру, состоящую из углерода и азота, скрепленных ковалентными связями — одними из самых прочных связей в химии.
Иллюстрация COF-999 в виде шестиугольных структур, улавливающих молекулы углекислого газа (показаны голубым и оранжевым цветом).
Пористый материал, известный как ковалентный органический каркас, называется COF-999. Внутри структуры находятся соединения, называемые аминами, которые имеют основной pH. Когда воздух проходит через материал, большинство компонентов проходят свободно, но амины захватывают кислые молекулы углекислого газа.
Исследования группы ковалентных органических структур продолжаются около 20 лет. Результаты, недавно опубликованные в журнале ПриродаЯги и его команда обнаружили, что COF-999 удивительно хорошо поглощает углекислый газ.
В одном эксперименте они выставили трубку, наполненную материалом, снаружи и измерили концентрацию углекислого газа после прохождения воздуха. Выходящий воздух был полностью свободен от парниковых газов.
«Мы полностью удаляли CO2 из воздуха», — рассказывает Яги. Научный американецЭто Алек Лун.
Ведущий автор исследования Зихуэй Чжоу, химик по материалам из Калифорнийского университета в Беркли, говорит в своем заявлении, что всего 200 граммов COF-999, или чуть менее полфунта материала, могут поглотить до 44 фунтов углекислого газа за один год. то же, что большое дерево.
«Нет ничего подобного с точки зрения производительности», — добавляет Яги в своем заявлении. «Это открывает новые горизонты в наших усилиях по решению климатической проблемы».
Около полфунта желтого порошка могли бы удалить углекислый газ из воздуха на уровне, сравнимом с большим деревом.
Особенно многообещающим является то, как COF-999 выделяет углекислый газ после поглощения молекул. Обычно после того, как технологии улавливания углерода удаляют газ из атмосферы, инженерам приходится нагревать материал, чтобы заставить его высвободить поглощенный углекислый газ. Затем газ часто используется в промышленных целях или изолируется в геологических резервуарах глубоко в коренных породах.
Этот процесс нагрева является дорогим и энергоемким, поскольку традиционные материалы для улавливания углерода необходимо нагревать до высоких температур. Но COF-999 выпускает свои запасы при температуре всего 140 градусов по Фаренгейту — более чем на 100 градусов холоднее, чем материалы, используемые в настоящее время, сообщает Лос-Анджелес Таймс. Более того, он может пройти более 100 циклов поглощения и выделения углекислого газа без потери эффективности.
Некоторые эксперты предупреждают, что еще слишком рано считать COF-999 чудодейственным спасителем планеты, поскольку он еще не прошел испытания в реальных ситуациях. Дженнифер Уилкокс, инженер-химик из Пенсильванского университета, не принимавшая участия в этой работе, рассказывает Научный американец остается много вопросов, например, может ли COF-999 ограничивать воздушный поток при нанесении на фильтр и не приведет ли это, в свою очередь, к увеличению потребления энергии. Ответы, говорит Уилкокс, «в конечном итоге будут определять стоимость» и полезность материала.
Несмотря на это, химики продолжат работу над новыми технологиями улавливания углерода. Как рассказывает Яги Новости химической и инженерной промышленности‘ Брианна Барбу: «Улавливание углерода — это проблема нашего общества сегодня… это также фантастическая химическая проблема».
