Система на солнечной энергии преобразует пластик и парниковые газы в экологичное топливо

Исследователи из Кембриджского университета разработали систему, которая может одновременно преобразовывать два потока отходов в два химических продукта — впервые это было достигнуто в реакторе на солнечной энергии.

Реактор преобразует углекислый газ (CO2) и пластмассы в различные продукты, которые используются в различных отраслях промышленности. В ходе испытаний CO2 был преобразован в синтетический газ, ключевой строительный элемент экологически безопасного жидкого топлива, а пластиковые бутылки были преобразованы в гликолевую кислоту, которая широко используется в косметической промышленности. Систему можно легко настроить для производства различных продуктов, изменив тип катализатора, используемого в реакторе.

Преобразование пластика и парниковых газов — двух самых больших угроз, с которыми сталкивается мир природы — в полезные и ценные продукты с использованием солнечной энергии — важный шаг на пути к более устойчивой экономике замкнутого цикла. Результаты сообщаются в журнале Синтез природы.

«Преобразование отходов во что-то полезное с использованием солнечной энергии — главная цель нашего исследования», — сказал профессор Эрвин Рейснер с химического факультета Юсуфа Хамида, старший автор статьи. «Пластиковое загрязнение является огромной проблемой во всем мире, и часто многие пластмассы, которые мы выбрасываем в мусорные баки, сжигаются или попадают на свалку».

Райснер также возглавляет Кембриджский центр круглых пластиков (CirPlas), целью которого является устранение пластиковых отходов путем сочетания голубого неба с практическими мерами.

Другие технологии «переработки» на солнечной энергии обещают решить проблему пластикового загрязнения и уменьшить количество парниковых газов в атмосфере, но до сих пор они не были объединены в единый процесс.

«Технология, работающая на солнечной энергии, которая может помочь решить проблему пластикового загрязнения и парниковых газов, может изменить правила игры в развитии экономики замкнутого цикла», — сказал Субхаджит Бхаттачарджи, соавтор статьи.

«Нам также нужно что-то настраиваемое, чтобы вы могли легко вносить изменения в зависимости от желаемого конечного продукта», — сказал соавтор, доктор Мотиар Рахаман.

Исследователи разработали интегрированный реактор с двумя отдельными отсеками: один для пластика и один для парниковых газов. В реакторе используется поглотитель света на основе перовскита — многообещающая альтернатива кремнию для солнечных элементов следующего поколения.

Команда разработала различные катализаторы, которые были интегрированы в поглотитель света. Заменив катализатор, исследователи могли изменить конечный продукт. Испытания реактора при нормальной температуре и давлении показали, что реактор может эффективно преобразовывать ПЭТ-пластиковые бутылки и CO2 в различные виды топлива на основе углерода, такие как CO, синтетический газ или формиат, в дополнение к гликолевой кислоте. Реактор, разработанный в Кембридже, производил эти продукты со скоростью, которая также намного выше, чем в обычных процессах фотокаталитического восстановления CO2.

«Как правило, преобразование CO2 требует много энергии, но с нашей системой вы просто освещаете ее, и она начинает преобразовывать вредные продукты во что-то полезное и устойчивое», — сказал Рахаман. «До этой системы у нас не было ничего, что могло бы избирательно и эффективно производить ценные продукты».

«Что особенного в этой системе, так это универсальность и возможность настройки — прямо сейчас мы производим довольно простые молекулы на основе углерода, но в будущем мы сможем настроить систему для производства гораздо более сложных продуктов, просто заменив катализатор. — сказал Бхаттачарджи.

Reisner недавно получил новое финансирование от Европейского исследовательского совета, чтобы помочь в разработке их реактора на солнечной энергии. В течение следующих пяти лет они надеются доработать реактор для производства более сложных молекул. Исследователи говорят, что подобные методы когда-нибудь могут быть использованы для разработки завода по переработке, полностью работающего на солнечной энергии.

«Развитие экономики замкнутого цикла, при которой мы делаем полезные вещи из отходов, а не выбрасываем их на свалку, жизненно важно, если мы собираемся осмысленно решить климатический кризис и защитить мир природы», — сказал Рейснер. «И питание этих решений с помощью Солнца означает, что мы делаем это чисто и устойчиво».

Исследование было частично поддержано Европейским союзом, Европейским исследовательским советом, Кембриджским фондом, Hermann and Marianne Straniak Stiftung и Исследовательским советом по инженерным и физическим наукам (EPSRC), входящим в состав UK Research and Innovation (UKRI). Эрвин Рейснер — член колледжа Святого Иоанна в Кембридже.

Ссылка:

Субхаджит Бхаттачарджи, Мотиар Рахаман и др. «Фотоэлектрохимическая конверсия CO2 в топливо с одновременным риформингом пластика». Синтез природы (2023). DOI: 10.1038/s44160-022-00196-0