Международная группа исследователей впервые в режиме реального времени зафиксировала процесс превращения углекислого газа в твердый углерод. Реакция протекает в расплавленной соли при температуре около 500 °C. Это научное достижение открывает путь к созданию технологий, способных эффективно перерабатывать CO₂ в полезное сырье для индустрии аккумуляторов.
Изображение: Berkeley Lab
В проекте принимали участие специалисты Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли, ученые из Калифорнийского университета в Беркли и представители Национального института химической физики и биофизики Эстонии.
Суть процесса: электролиз расплавленных солей
Технология основана на методе электролиза расплавленных солей. Когда электрический ток проходит через раскаленную смесь, молекулы углекислого газа подвергаются расщеплению: атомы кислорода отделяются, а чистый углерод оседает на катоде в виде твердого вещества.
До настоящего времени механизм этой реакции оставался теоретическим, так как прямое наблюдение было крайне затруднено. Температура 500 °C губительна для большинства стандартных оптических приборов. Команде ученых удалось преодолеть это ограничение, создав специализированную реакционную камеру, оснащенную жаростойкими линзами. Именно эта разработка позволила впервые увидеть формирование углерода в динамике.
Двухэтапная трансформация и управление структурой
Экспериментальные данные показали, что переход CO₂ в твердую фазу происходит не мгновенно, а через промежуточный химический этап. Более того, исследователи обнаружили, что свойства конечного продукта — структуру углерода — можно контролировать. Для этого достаточно варьировать состав расплава или подбирать различные материалы для электродов.
Эта возможность имеет критическое значение для производства синтетического графита, необходимого для современных литий-ионных аккумуляторов. Кристаллическая решетка графита напрямую влияет на скорость перемещения ионов лития, а значит, и на общую энергоэффективность батарей.
Перспективы и вызовы
В долгосрочной перспективе данная технология может стать универсальным решением для промышленности: она способна одновременно сокращать выбросы углекислого газа и производить ценный материал для электромобилей и крупных систем накопления энергии.
Однако до коммерческого использования технологии предстоит проделать большую работу. Текущий метод энергозатратен, требует поддержания высокой температуры и масштабирования реакторов. Инженерам необходимо оптимизировать электрохимический состав, подобрать более долговечные материалы электродов и обеспечить равномерный нагрев системы для промышленного внедрения.
