Как извлечь СО₂ из вредных выбросов
Для технологического извлечения диоксида углерода из смеси газов применяются абсорбция, хемосорбция, адсорбция, а также каталитическое гидрирование, мембранные системы и ферменты, электрохимический способ. В промышленности наиболее широко применяется хемосорбция. Хемосорбционное поглощение СО2 моноэтаноламином описано в представленной публикации. Еще одна хемосорбционная технология — выделение СО2 из дымовых газов в кальциево-карбонатном цикле. Здесь в качестве хемосорбента — сорбента, образующего при взаимодействии с поглощаемым веществом химическое соединение,— используется дешевый оксид кальция. Метод подходит для угольных электростанций с высокими выбросами СО2 на единицу производимой мощности, поскольку он относительно недорогой, требует меньше кислорода, чем другие технологии, и обеспечивает ускоренное поглощение углекислоты за счет высокой температуры реакции.
Еще один прогрессивный метод — экологически чистое выделение СО2 с использованием ферментов, то есть сложных белковых соединений. Здесь ставка делается на карбоангидразу, которая в человеческом организме катализирует обратимую гидратацию диоксида углерода. Вот и при очистке дымовых газов этот фермент служит катализатором химической реакции между СО2 и водой. В результате углекислый газ превращается в бикарбонат, из которого можно получить пищевую соду или мел.
Эффективным считается также мембранный метод извлечения СО2. Он основан на различиях в способности газов проходить через мембранные системы: легкие углеводороды проходят, неконденсирующиеся газы, такие как метан, азот и водород, остаются. Первую мембранную установку построили в 1981 году в США — там использовалась ацетатцеллюлозная мембрана. В 2012-м в Штатах изобрели керамические мембраны, в 2015-м — мембраны, наполненные ферментами. Сейчас испытания проходят мембраны на основе углеродных нанотрубок. Их массовое производство планируется запустить в 2025–2030 годах.
С экономической точки зрения дешевле всего процессы абсорбции водой и хемосорбция растворами карбонатов, но таким способом из исходного газа можно выделить не больше 85% СО2, а это очень мало. Если говорить о степени очистки, то самый эффективный метод — хемосорбция моноэтаноламином (именно он описан в нашем материале). Каталитическое гидрирование, использование ферментов и электрохимический способ извлечения СО2 не предполагают десорбцию, то есть высвобождение углекислоты, в результате этих процессов происходит необратимое преобразование диоксида углерода в различные вещества.