Учені навчилися перетворювати вуглекислий газ на кисень: це “відкриває шлях” на Марс

Новий електрохімічний прилад може безпосередньо розщеплювати вуглекислий газ (CO2) на вуглець і чистий кисень. Команда дослідників із Нанкінського університету (Китай) заявляє, що ця технологія може ефективно виробляти кисень в екстремальних умовах – наприклад, під водою на Землі або на Марсі.

Примітно, що новий пристрій усуває необхідність у суворих умовах тиску і температури, які зазвичай потрібні для таких реакцій, пише Interesting Engineering.

“Якщо електроенергія для пристрою надходить з поновлюваних джерел, цей метод відкриває шлях до вуглецевої нейтральності. Водночас це практичний і керований спосіб отримання кисню з CO2, який має широкий спектр застосувань – від освоєння Марса і забезпечення киснем скафандрів до підводного життя, дихальних масок, очищення повітря в приміщеннях і перероблення промислових відходів”, – ідеться в пресрелізі дослідників.

Новий метод дає 98% кисню

У природі рослини виробляють кисень шляхом фотосинтезу, перетворюючи CO2 на кисень і глюкозу за участю атомів водню як посередників.

Однак вчені довгі роки намагалися відтворити цей процес у лабораторних умовах за помірних температур.

Дослідники з Нанкінського університету спільно з вченими Фуданьського університету розробили новий метод розщеплення CO2 безпосередньо на вуглець і кисень. На відміну від традиційних способів, які використовують водень, їхній процес заснований на літії як ключовому проміжному елементі.

Для цього вчені створили інноваційний електрохімічний пристрій. Він складається з газового катода з нанокаталізатором із рутенію і кобальту та металевого літієвого анода.

У катод вводиться вуглекислий газ, який проходить двостадійне електрохімічне відновлення за участю літію. CO2 реагує з літієм, утворюючи карбонат літію (Li₂CO₃). Потім карбонат літію розкладається, перетворюючись на оксид літію (Li₂O) і елементарний вуглець.

На останньому етапі оксид літію (Li2O) знову перетворюється на іони літію, а побічним продуктом виділяється чистий кисень (O2). Цей процес ефективно перетворює CO2 на придатні для використання вуглець і кисень. Оптимізований каталізатор забезпечує вихід кисню понад 98,6%, що значно перевищує ефективність природного фотосинтезу.

Розроблена технологія розщеплення CO2 зуміла продемонструвати свою універсальність, успішно працюючи не тільки з чистим вуглекислим газом, а й з цілою низкою змішаних газів.

Серед них імітація димових газів, що імітує промислові викиди, суміш CO2 і кисню і навіть імітація марсіанської атмосфери.

Тонка марсіанська атмосфера складається переважно з CO2, тиск якого становить менше одного відсотка від атмосферного тиску Землі.

Щоб змоделювати таке середовище для тестування технології розщеплення CO2, дослідники створили газову суміш, що складалася з аргону і дуже низької концентрації (1 відсоток) CO2. Однак команда не розкрила кількість кисню, отриманого в марсіанських умовах.