Современная алхимия: как старые солнечные панели превращают CO2 в ценное сырье

В то время как алхимики прошлого безуспешно пытались превратить свинец в золото, современные химики нашли способ преобразовать два вида отходов — углекислый газ и списанные солнечные панели — в ценные органические соединения. Это открытие предлагает элегантное решение сразу двух остро стоящих экологических проблем.

Борьба с изменением климата требует не только сокращения выбросов, но и улавливания уже накопленного в атмосфере CO2. Идея превращать этот парниковый газ в полезные химикаты, по сути, равносильна созданию ценных материалов из мусора. Одновременно с этим мир сталкивается с новой проблемой: что делать с миллионами солнечных панелей, срок службы которых подходит к концу? По прогнозам Международного агентства по возобновляемым источникам энергии (IRENA), к 2050 году масса таких отходов достигнет 60–78 миллионов тонн.

Команда ученых из Национального университета Иокогамы и Национального института передовых промышленных наук и технологий (AIST) в Японии решила объединить эти два вызова. Их исследование, опубликованное в журнале ACS Sustainable Resource Management, было посвящено проверке гипотезы: можно ли использовать компоненты старых солнечных панелей для эффективного преобразования CO2 в востребованные в промышленности вещества.

Ключевым элементом солнечных панелей являются кремниевые пластины. Кремний — эффективный восстановитель, то есть он способен «отдавать» свои электроны другим соединениям, запуская химические реакции. Ученые измельчили кремниевые пластины, полученные в процессе переработки панелей, и использовали полученный порошок для реакции с углекислым газом. Поначалу результаты были нестабильны, но исследователи обнаружили причину: примеси алюминия на поверхности кремния мешали процессу. Предварительная обработка порошка соляной кислотой позволила очистить его и значительно повысить эффективность реакции.

«Мы смогли напрямую преобразовать CO2 из выхлопных газов тепловой электростанции в муравьиную кислоту и формамид», — поясняет руководитель исследования, профессор Кэн Мотокура. Важнейшим достижением стало то, что для реакции не требуется предварительная очистка и концентрация CO2 из газовой смеси, что делает технологию значительно более практичной и дешевой. В ходе экспериментов удалось достичь высокого выхода муравьиной кислоты — до 73%. Также был успешно синтезирован формамид, еще одно ценное химическое сырье.

Чтобы доказать жизнеспособность своего метода, команда напрямую подключила реактор с кремниевым порошком к выхлопной трубе тепловой электростанции. Эксперимент прошел успешно, подтвердив, что технология может работать в реальных промышленных условиях. Это исследование открывает дорогу для новых разработок в области экономики замкнутого цикла, где отходы одной отрасли становятся ценным ресурсом для другой, превращая экологические угрозы в новые возможности.