Новое устройство превращает выбросы углерода в ценное химическое вещество

Учёные испытали электрод, который улавливает CO₂ прямо из воздуха или дымовых газов и тут же превращает его в муравьиную кислоту. Особенность — технология работает на грязных газах с низкими концентрациями CO₂, что открывает путь к более практичному углеродному рециклингу.

Зачем совмещать улавливание и переработку

Традиционный подход разделён на два этапа: сначала CO₂ отделяют от газовой смеси, потом везут на переработку. Это дорого, громоздко и требует очистки сырья. Если объединить этапы в одном узле, исчезает необходимость в промежуточных процессах и повышается шанс, что технология дойдёт до применения на трубах и вентиляциях, а не останется в статьях.

В чём химическая трудность CO₂

Углекислый газ — химически устойчивый продукт, поэтому его сложно «разобрать» и собрать в более полезную молекулу. Биология делает это медленно (пример — фотосинтез). Промышленность ускоряет процесс катализаторами и электричеством, но теряет в цене и энергоэффективности. На реальных выбросах проблема осложняется тем, что CO₂ мало: в дымовых газах около 10-15%, в воздухе — десятки сотых процента. Плюс кислород мешает катализу.

Конструкция электрода

Новый электрод состоит из трёх слоёв: селективного сорбента CO₂, газопроницаемой углеродной подложки и каталитического слоя на основе оксида олова. Газ проходит через структуру, CO₂ задерживается и сразу превращается в муравьиную кислоту. Важно, что цикл идёт в одном месте — без отдельной стадии очистки и накопления CO₂.

Почему выбрали муравьиную кислоту

Муравьиная кислота — простая органика, которую используют в химии и в топливных элементах. Она удобна как переносчик энергии и углерода: не горит в комнатных условиях, но может отдавать электроны в специальных ячейках. Если её производить прямо из выхлопов, CO₂ становится сырьём, а не мусором.

Результаты испытаний

На чистом CO₂ электрод показал примерно на 40% лучшую эффективность, чем распространённые аналоги. На модельной грязной смеси (около 15% CO₂ + кислород + азот) устройство продолжало выдавать продукт, тогда как конкуренты почти переставали работать. Отдельно протестирована работа на атмосферных концентрациях — редкое достижение для такой химии.

Что делает работу интересной

Главная ценность — не в конкретном продукте, а в архитектурном приёме: реакция происходит прямо на границе переноса газа. Такой принцип применяют в микрофлюидики и электрокатализе, когда реактор и сорбент объединяют, чтобы убрать транспортные задержки. Если идею масштабировать, можно менять продукт (не только муравьинка) и даже газ (например, метан).

Что пока не решено

Экономику, устойчивость катализатора и ресурсность слоя сорбента ещё предстоит проверить. Лабораторные эксперименты — только первый шаг. Если долговечность и энергобаланс подтвердятся, технология станет конкурентом мембранным и аминным установкам захвата CO₂, но с меньшим числом промежуточных процессов.

Источник: ScitechDaily