Марсианское топливо из реактора углекислого газа

Доцент колледжа инженерии и прикладных наук Калифорнийского университета Цзинцзе Ву и его студенты использовали углеродный катализатор в реакторе для преобразования диоксида углерода в метан. Известный как «реакция Сабатье» покойного французского химика Поля Сабатье, это процесс, который Международная космическая станция использует для очистки воздуха от углекислого газа, которым дышат астронавты, и выработки ракетного топлива для поддержания станции на высокой орбите.

Экспериментальный реактор использует квантовые точки графена в качестве катализатора для преобразования диоксида углерода в метан. Предоставлено: Эндрю Хигли / UC Creative.

Но Ву думает гораздо шире.

Атмосфера Марса почти полностью состоит из углекислого газа. По словам Ву, астронавты могут сэкономить половину топлива, необходимого им для обратного путешествия домой, сделав то, что им нужно на красной планете по прибытии.

«Это как заправочная станция на Марсе. Вы можете легко прокачать углекислый газ через этот реактор и произвести метан для ракеты », — сказал Ву.

Исследование UC было опубликовано в журнале Nature Communications с сотрудниками из Университета Райса, Шанхайского университета и Восточно-Китайского университета науки и технологий.

Ву начал свою карьеру в области химического машиностроения с изучения топливных элементов для электромобилей, но начал изучать конверсию углекислого газа в своей лаборатории химического машиностроения около 10 лет назад.

«Я понял, что парниковые газы станут большой проблемой для общества», — сказал Ву. «Многие страны осознали, что углекислый газ — это большая проблема для устойчивого развития нашего общества. Вот почему я считаю, что нам нужно добиться углеродной нейтральности ».

Администрация Байдена поставила цель сократить выбросы парниковых газов на 50% к 2030 году и создать к 2050 году экономику, опирающуюся на возобновляемые источники энергии.

«Это означает, что нам придется переработать углекислый газ», — сказал Ву.

Ву и его ученики, включая ведущего автора и кандидата в докторантуру Калифорнийского университета Тянью Чжана, экспериментируют с различными катализаторами, такими как графеновые квантовые точки — слои углерода размером всего в несколько нанометров, — которые могут увеличить выход метана.

Ву сказал, что этот процесс обещает помочь смягчить последствия изменения климата. Но он также имеет большое коммерческое преимущество в производстве топлива в качестве побочного продукта.

«Этот процесс в 100 раз продуктивнее, чем всего 10 лет назад. Так что вы можете себе представить, что прогресс будет происходить все быстрее и быстрее », — сказал Ву. «В следующие 10 лет у нас будет много новых компаний, которые начнут коммерциализировать эту технику».

Ученики Ву используют разные катализаторы для производства не только метана, но и этилена. Этилен, называемый самым важным химическим веществом в мире, используется в производстве пластмасс, резины, синтетической одежды и других продуктов.

«Зеленая энергия будет очень важна. В будущем это будет огромный рынок. Поэтому я хотел поработать над этим », — сказал Чжан.

По словам Ву, синтез топлива из углекислого газа становится еще более коммерчески выгодным в сочетании с возобновляемыми источниками энергии, такими как солнечная или ветровая энергия.

«Прямо сейчас у нас есть избыток зеленой энергии, которую мы просто выбрасываем. Мы можем хранить эту избыточную возобновляемую энергию в химических веществах », — сказал он.

Этот процесс можно масштабировать для использования на электростанциях, которые могут генерировать тонны углекислого газа. И это эффективно, поскольку преобразование может происходить прямо там, где образуется избыток углекислого газа.

Ву сказал, что успехи в производстве топлива из углекислого газа делают его более уверенным в том, что люди ступят на Марс еще при его жизни.

«Прямо сейчас, если вы хотите вернуться с Марса, вам нужно будет принести вдвое больше топлива, что очень тяжело», — сказал он. «А в будущем вам понадобятся другие виды топлива. Таким образом, мы можем производить метанол из углекислого газа и использовать его для производства других материалов. Тогда, может быть, однажды мы сможем жить на Марсе ».