Доцент Инженерного и прикладного научного колледжа Калифорнийского университета Цзинцзе Ву и его студенты использовали углеродный катализатор в реакторе для преобразования углекислого газа в метан. Реакция, известная как "реакция Сабатье" от 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.Но Ву мыслит гораздо шире.
Атмосфера Марса почти полностью состоит из углекислого газа. По словам Ву, астронавты могли бы сэкономить половину топлива, необходимого им для обратного путешествия домой, сделав то, что им нужно, на красной планете, как только они прибудут.
"Это как заправочная станция на Марсе. Вы могли бы легко прокачивать углекислый газ через этот реактор и производить метан для ракеты", - сказал Ву.
Исследование Калифорнийского университета было опубликовано в журнале Nature Communications совместно с сотрудниками Университета Райса, Шанхайского университета и Восточно-Китайского университета науки и техники.
Ву начал свою карьеру в области химической инженерии с изучения топливных элементов для электромобилей, но около 10 лет назад начал изучать конверсию углекислого газа в своей лаборатории химической инженерии.
"Я понял, что парниковые газы станут большой проблемой", - сказал Ву. "Многие страны осознали, что углекислый газ является большой проблемой для устойчивого развития нашего общества. Вот почему я думаю, что нам нужно достичь углеродной нейтральности".
Администрация Байдена поставила цель достичь 50% - ного сокращения выбросов парниковых газов к 2030 году и экономики, основанной на возобновляемых источниках энергии, к 2050 году.
"Это означает, что нам придется перерабатывать углекислый газ", - сказал Ву.
Ву и его ученики, в том числе ведущий автор Калифорнийского университета Тянью Чжан, экспериментируют с различными катализаторами, такими как графеновые квантовые точки - слои углерода размером всего в нанометры, - 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 был всего 10 лет назад. Так что вы можете себе представить, что прогресс будет приходить все быстрее и быстрее", - сказал Ву. "В ближайшие 10 лет у нас будет много начинающих компаний, которые будут коммерциализировать эту технику".
Студенты Ву используют различные катализаторы для получения не только метана, но и этилена. Этилен, называемый самым важным химическим веществом в мире, используется в производстве пластмасс, резины, синтетической одежды и других изделий.
"Зеленая энергия будет очень важна. В будущем она будет представлять собой огромный рынок. Поэтому я хотел поработать над этим", - сказал Чжан.
Синтез топлива из углекислого газа становится еще более коммерчески выгодным в сочетании с возобновляемыми источниками энергии, такими как солнечная или ветровая энергия, сказал Ву.
"Прямо сейчас у нас есть избыток зеленой энергии, которую мы просто выбрасываем. Мы можем хранить этот избыток возобновляемой энергии в химических веществах", - сказал он.
Этот процесс масштабируется для использования на электростанциях, которые могут генерировать тонны углекислого газа. И это эффективно, так как конверсия 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 при его жизни.
"Прямо сейчас, если вы хотите вернуться с Марса, вам нужно будет взять с собой в два раза больше топлива, которое очень тяжелое", - сказал он. "В будущем вам понадобятся другие виды топлива. Таким образом, мы можем производить метанол из углекислого газа и использовать его для производства других материалов, идущих дальше по энергетической лестнице. Тогда, может быть, однажды мы сможем жить на Марсе".