Превращение обыденности в ценность: как учёные борются с изменением климата
Извлечение ценных органических соединений из углекислого газа
Несколько веков назад алхимики пытались превратить обычный металл свинец в драгоценное золото. Сегодня химики используют устаревшие солнечные панели для создания ценных органических соединений из углекислого газа (CO₂) — распространённого парникового газа.
Значительное сокращение выбросов парниковых газов в атмосферу для смягчения разрушительных последствий изменения климата потребует не только масштабного снижения эмиссий, но и разработки стратегий по улавливанию уже выпущенных CO₂ и других вредных газов. Хотя простое улавливание парниковых газов могло бы решить эту задачу, создание полезных органических химических веществ из отработанного CO₂ сродни получению ценных материалов из отходов.
Команда учёных из Японии решает две проблемы
Группа химиков из Национального университета Йокогамы, Electric Power Development Co., Ltd. и Центра исследований возобновляемой энергии при Национальном институте передовых промышленных наук и технологий (AIST) недавно решила заняться двумя проблемами — избыточными выбросами CO₂ и утилизацией солнечных панелей. Они стремятся создать ценные органические химические вещества.
Исследователи разработали эксперимент, чтобы определить, можно ли использовать переработанные компоненты старых солнечных панелей для эффективного преобразования CO₂ в полезные соединения на основе углерода.
Результаты исследования опубликованы в журнале
Учёные опубликовали своё исследование 14 июля в журнале ACS Sustainable Resource Management.
«В этом исследовании мы объединили переработку отходов кремниевых пластин из солнечных панелей с преобразованием CO₂ в выхлопных газах тепловой электростанции. Отработанные кремниевые пластины действуют как восстановитель CO₂ до органических соединений», — сказал Кен Мотокура, профессор кафедры химии и наук о жизни в Национальном университете Йокогамы в Йокогаме, Япония, и первый автор исследовательской работы.
Преобразование CO₂ в ценные химические вещества
Кремниевые пластины в солнечных панелях можно отделить от утилизированных панелей в процессе переработки панелей. Важно, что кремниевые пластины эффективно отдают электроны углеродным соединениям, включая CO₂, что может быть использовано для создания более крупных и ценных химических веществ.
Хотя реакция, приводящая к созданию органических химических веществ с добавленной стоимостью из CO₂ и металлического кремния, присутствующего в кремниевых пластинах солнечных панелей, энергетически выгодна, немногие исследования изучали эффективность этой реакции.
Практическое применение
Команда взяла измельчённые кремниевые пластины из утилизированных солнечных панелей и добавила химический катализатор для ускорения производства органических соединений из отработанного CO₂. Изначально исследовательская группа добилась переменного успеха в создании муравьиной кислоты — органического химического вещества — из измельчённых кремниевых пластин. Исследователи смогли преодолеть это ограничение, предварительно обработав измельчённые кремниевые пластины соляной кислотой (HCl), которая удалила алюминий (Al) с поверхности порошкового материала и увеличила выход реакции.
«Мы напрямую преобразовали CO₂ в выхлопных газах, который содержал 14% CO₂ по объёму, от тепловой электростанции в муравьиную кислоту и формамимид через реакцию с отработанным кремниевым порошком, водой и тетрабутиламмоний фторидом, катализатором. Отделение и очистка CO₂ из выхлопных газов не требуется», — сказал Мотокура.
В конечном итоге реакция позволила получить муравьиную кислоту с высоким выходом, достигающим 73%. Формамид, ещё одно органическое химическое вещество с добавленной стоимостью, был также получен с использованием кремниевого порошка в присутствии аминов — органических химических веществ, содержащих атом азота.
Исследователи также успешно подключили свой реактор с кремниевыми пластинами напрямую к порту выхлопных газов тепловой электростанции, продемонстрировав практичность получения ценной муравьиной кислоты из утилизированных кремниевых пластин и выбросов CO₂.
Международное агентство по возобновляемым источникам энергии (IRENA) прогнозирует
Международное агентство по возобновляемым источникам энергии (IRENA) прогнозирует, что к 2050 году 60–78 миллионов тонн глобальных фотоэлектрических панелей достигнут конца своего жизненного цикла. Исследовательская группа надеется, что это исследование станет стимулом для дополнительных исследований способов использования переработанных материалов, таких как кремниевые пластины, для улавливания и преобразования отходов и парниковых газов в другие полезные и ценные соединения, превращая отходы общества в нечто более похожее на сокровище.
Предоставлено Yokohama National University