Уловлює CO₂ менше ніж за секунду: вчені тестують швидший спосіб очищення повітря

Швейцарська лабораторія матеріалознавства Empa пропонує переосмислити пряме вловлювання CO₂ з повітря (Direct Air Capture, DAC). Замість масивних пористих фільтрів, які довго “набирають” вуглекислий газ, дослідники хочуть використати надтонкі покриття. Вони захоплюватимуть зовсім мало CO₂ за раз, зате повний цикл триватиме менше секунди. Поки що це концепція, підкріплена розрахунками, а не робочий прототип.

Чому “пилососи” для CO₂ буксують

Головна проблема DAC — мізерна концентрація газу. За даними Empa, у повітрі зараз близько 430 частинок CO₂ на мільйон, тобто приблизно одна молекула на 2300 інших. Щоб зібрати бодай тонну, установки проганяють крізь себе колосальні об’єми повітря, а потім ще й нагрівають фільтр, аби вивільнити захоплене. Саме регенерація сорбенту є найенергоємнішим етапом процесу, наголошують автори огляду в Journal of CO2 Utilization.

Зниження витрат

Найбільший у світі завод такого типу, ісландський Mammoth компанії Climeworks, розрахований на 36 тис. тонн CO₂ на рік. Однак за першу половину 2026 року він забезпечив лише 675 тонн чистого видалення, хоча це вп’ятеро більше, ніж роком раніше, свідчать дані компанії. Навіть якщо подвоїти цей результат до річного, вийде менше 4% від проєктної потужності.

Відтоді Climeworks звітує про зниження операційних витрат на тонну більш ніж удвічі, але конкретної цифри не називає. Міжнародне енергетичне агентство раніше оцінювало вартість уловлювання та зберігання для наявних проєктів у 600–1000 доларів за тонну.

Менше за раз, але частіше

Ідея Empa протилежна наявним підходам. Звичайний сорбент, тобто речовина, що поглинає газ, працює як губка: CO₂ проникає глибоко в його структуру, тож матеріалу потрібні хвилини, щоб насититися, і стільки ж, щоб його прогріти й “віджати”. Нове покриття на основі амінів (органічних сполук азоту, які добре зв’язують CO₂) поводиться інакше: газ осідає безпосередньо на поверхні, як пояснюють у лабораторії.

Тонкий шар має дуже малу теплову масу: його можна нагріти й охолодити майже миттєво, тож на вивільнення кожної молекули газу йде менше енергії. Пошук ефективних сорбентів нині одна з найгарячіших тем у хімії: торік Нобелівську премію присудили за металоорганічні каркаси, здатні вловлювати CO₂.

Конвеєр для вуглекислого газу

Установку інженери порівнюють зі стрічковим конвеєром. Поверхня з покриттям безперервно рухається, наприклад, на обертових циліндрах, і проходить через дві зони. У першій повз неї тече звичайне повітря, і CO₂ “прилипає” до шару. У другій покриття нагрівають за зниженого тиску, газ відривається, а поверхня йде на нове коло.

Розділення зон дає ще одну перевагу. Для захоплення потрібно багато простору й повітря, а для вивільнення, навпаки, якомога менший об’єм, бо тоді менше енергії йде на вакуум і нагрівання. Крім того, рух поверхні може частково переганяти повітря і зекономити на вентиляторах. Разом із регенерацією вони споживають у сучасних установках близько 2000–3000 кВт·год на тонну CO₂, за оцінками дослідників.

За словами Гальмаріні, сучасні технології мають сенс переважно у великих масштабах, а модульний підхід дозволив би ставити і невеликі, гнучкіші системи. На масштаб ставлять і інші гравці ринку: американська Heirloom, яка запустила перший комерційний завод DAC у США, прагне вийти на мільйони тонн на рік.

Поки що лише симуляції

Головне застереження: цикл тривалістю менше секунди експериментально ще ніхто не показав. Команди Сандри Гальмаріні, Дірка Гегеманна, Доріни Опріс і Манфреда Гойбергера дослідили кілька типів надтонких покриттів і провели перші моделювання потоків і процесу. Розрахунки показали, що швидке вловлювання в принципі може бути конкурентним. Але обладнання, яке дозволило б виміряти процеси тривалістю в частки секунди, поки немає.

Тож спершу в Empa створять нову вимірювальну платформу, щоб уперше відстежити, як швидко CO₂ зв’язується з тонким шаром і відходить від нього. Далі знадобиться дослідна установка: на ній перевірять, чи витримує покриття багато циклів і як поводяться ущільнення та зони тиску на високих обертах. Ключове питання полягає в тому, чи вистачить кількості CO₂ на одиницю об’єму й часу, щоб тягатися з наявними технологіями.

Від повітря до бетону

Проєкт є частиною великої ініціативи Empa Mining the Atmosphere (“Видобуток з атмосфери”), над якою працюють понад 120 науковців. Її мета не просто ховати CO₂ під землю, а перетворювати його на хімікати та матеріали. Раніше дослідники лабораторії підрахували, що у вигляді заповнювачів для бетону можна було б щороку зберігати 5–10 млрд тонн вуглецю.

Над прямим вловлюванням працюють і в Україні. Стартап Carbominer розробляє установку з двох модульних блоків, для захоплення і для регенерації CO₂, і орієнтується насамперед на теплиці, яким потрібен вуглекислий газ. Компанія отримала грант EIC Accelerator на 1,5 млн євро. Саме для таких невеликих і гнучких систем, за словами дослідників Empa, їхній підхід міг би стати найкориснішим.

Джерело: Empa