Команда исследователей опубликовала в Nature Energy результаты электрохимической системы прямого захвата углекислого газа из воздуха на основе симметричной никель-гидроксидной ячейки и hydroxide exchange membrane.
Работа интересна тем, что авторы показали не только небольшой лабораторный элемент, но и длительную работу в течение 5000 часов, а затем увеличили систему до стека из девяти ячеек площадью по 300 см².
Что произошло
В лабораторной установке использовались два одинаковых никель-гидроксидных электрода. Электрохимический цикл меняет состояние электродов и позволяет сначала связывать CO₂ из воздуха, а затем выделять более концентрированный поток газа без классического высокотемпературного термического цикла.
25-см² устройство прошло тест длительностью 5000 часов. Затем исследователи собрали стек 9 × 300 см² и испытали его в течение 48 часов. В публикации указаны энергозатраты 132 кДж на моль CO₂, что соответствует примерно 0,83 МВт·ч на тонну.
Пилотный стек также достиг потока около 0,19 моль CO₂ на квадратный метр в час и уложился в требование по перепаду давления 300 Па, важное для систем, которые должны пропускать через себя большие объёмы атмосферного воздуха.
Авторы описывают возможный путь к стоимости ниже 100 долларов за тонну CO₂ при дальнейшем технологическом обучении и масштабировании. Это прогноз, а не продемонстрированная коммерческая цена: установка пока остаётся исследовательской системой и не доказывает экономику промышленного DAC-завода.
Почему это важно
Одна из главных проблем direct air capture — очень низкая концентрация CO₂ в атмосфере. Из-за этого система должна обработать огромное количество воздуха, а энергозатраты на нагрев, вентиляторы и регенерацию сорбента быстро повышают стоимость.
Электрохимический подход потенциально позволяет заменить часть тепловой нагрузки электричеством и работать с возобновляемой энергией. В данном случае особенно важны одновременно длительный тест, увеличение площади ячеек и измерение перепада давления — параметры, которые ближе к реальной инженерии, чем короткий эксперимент на маленьком электроде.
До коммерциализации остаются вопросы долговечности больших стеков, производства мембран и электродов, стоимости оборудования и обслуживания. Тем не менее работа показывает, что электрохимический DAC может постепенно выходить из режима лабораторных доказательств принципа к более масштабируемым устройствам.
