Oregono chemikų medžiaga sugaudo anglies dioksidą net iš drėgnų gamyklų dūmų

Gamyklų ir elektrinių dūmuose yra ne tik anglies dioksido, bet ir daug vandens garų. Būtent vanduo iki šiol buvo viena didžiausių kliūčių anglies dioksido surinkimui porėtomis medžiagomis: vandens molekulės užima vietas, kuriose turėtų likti CO₂. Oregono valstijos universiteto chemikai sukūrė medžiagą, kuri šią problemą paverčia privalumu.

Medžiaga vadinama BVR-X. Tai metalo organinis karkasas (MOF) - tos pačios rūšies medžiaga, už kurios sukūrimą 2025 m. skirta Nobelio chemijos premija. Tyrimas paskelbtas 2026 m. rugsėjo 30 d. žurnale Angewandte Chemie, o universitetas pateikė patento paraišką.

Kaip veikia anglies dioksido surinkimas medžiaga BVR-X?

BVR-X porose vanduo ir anglies dioksidas susitelkia skirtingose vietose, todėl vanduo neužima tų vietų, kuriose medžiaga sulaiko CO₂. Pasak Oregono valstijos universiteto pranešimo, vanduo šiai medžiagai ne trukdo, o tampa privalumu.

Žurnale paskelbtoje santraukoje aprašytas ir mechanizmas. Karkasą sudaro nikelis, organinės pirazino molekulės ir vanadžio junginys su deguonimi ir fluoru. Vandens molekulės jungiasi prie vanadžio atomų ir grįžtamai pakeičia jų oksidacijos laipsnį, todėl karkasas pereina į artimą, šiek tiek pakitusią formą. Anglies dioksidas tuo metu lieka kitose porų dalyse, kurias iškloja pirazino molekulės.

„Mūsų naujoji medžiaga elgiasi neįprastai: į vandenį ji reaguoja pasikeisdama taip, kad ir esant labai didelei drėgmei toliau veiksmingai surenka CO₂“, - sakė chemijos profesorius Kyriakos Stylianou universiteto pranešime.

Kodėl vanduo trukdė surinkti anglies dioksidą?

Vandens garai daugelyje MOF medžiagų konkuruoja su anglies dioksidu dėl tų pačių vietų porose. Pasak Oregono valstijos universiteto, daug laboratorijoje perspektyvių MOF prarado veiksmingumą tikromis, drėgnomis dūmtraukio sąlygomis.

Išmetamąsias dujas galima išdžiovinti, tačiau tai taip padidina CO₂ surinkimo kainą, kad pramonei jis tampa neapsimokantis. Medžiaga, kuri veikia ir drėgnoje aplinkoje, galėtų padėti išvengti šio brangaus etapo.

Anglies dioksido surinkimas ten, kur jis išmetamas, pavyzdžiui, gamyklos kamine, yra gerokai labiau išplėtotas nei jo traukimas tiesiai iš oro. Universiteto pranešime primenama, kad didžiausia pasaulyje CO₂ iš oro traukianti gamykla atidaryta 2024 m. Islandijoje, tačiau per metus ji gali pašalinti maždaug tiek CO₂, kiek išmeta 7 200 automobilių.

Ką parodė bandymai?

Laboratorijos bandymuose BVR-X sugaudė anglies dioksidą iš labai drėgno dujų srauto, kuriame CO₂ buvo tik 4 proc. Tokios sąlygos būdingos išmetamosioms dujoms, susidarančioms deginant gamtines dujas. Pasak K. Stylianou, atskirti tokį mažą CO₂ kiekį, kai aplink daug vandens, ypač sunku.

Žurnalo santraukoje nurodyta, kad tekančiame dujų sraute vienas gramas medžiagos sulaikė 2,04 milimolio CO₂. Šias savybes medžiaga išlaikė iki 50 surinkimo ir išleidimo ciklų ir atlaikė net stiprų drėkinimą bei vandens garų poveikį. Pasak K. Stylianou, tai svarbios savybės, kad technologiją būtų galima naudoti praktiškai.

„Ši vidinė tvarka padeda medžiagai veikti sąlygomis, kurios gerokai labiau primena tikras pramonės išmetamąsias dujas“, - teigė K. Stylianou.

Kas yra MOF ir kodėl už juos skirta Nobelio premija?

Metalo organiniai karkasai yra kristalinės medžiagos, kuriose metalo jonai sujungti organinėmis molekulėmis į tvarkingą narvelį. Jame gausu mažyčių porų, kurios sugeria dujas tarsi kempinė. Keičiant sudedamąsias dalis, karkasą galima pritaikyti konkrečioms dujoms.

2025 m. Nobelio chemijos premija skirta Susumu Kitagavai (Kioto universitetas), Richardui Robsonui (Melburno universitetas) ir Omarui M. Yaghi (Kalifornijos universitetas Berklyje) už metalo organinių karkasų sukūrimą. Nobelio komitetas nurodė, kad MOF galima naudoti vandeniui iš dykumos oro gauti, anglies dioksidui surinkti ir toksiškoms dujoms saugoti. Šių metų Nobelio medicinos premija skirta optogenetikai - būdui valdyti neuronus šviesa.

Pasak K. Stylianou, galimų MOF yra milijonai. Chemikai jau susintetino daugiau kaip 100 000 tokių medžiagų, o dar šimtų tūkstančių savybės jau numatytos.

Kas sukūrė BVR-X?

Tyrimui vadovavo Kyriakos Stylianou, Oregono valstijos universiteto chemijos profesorius ir Medžiagų atradimų laboratorijos (angl. Materials Discovery Laboratory) vadovas. Kartu dirbo jo laboratorijos ir universiteto Inžinerijos koledžo mokslininkai, taip pat tyrėjai iš Kalifornijos universiteto Berklyje, Oregono universiteto ir „Aramco“ tyrimų ir plėtros centro.

Tyrimą finansavo naftos bendrovė „Saudi Aramco“, „Murdock Charitable Trust“ fondas ir dviejų universiteto absolventų, į pensiją išėjusių mokytojų, paramos fondas.

Ko dar nežinome?

BVR-X kol kas išbandyta tik laboratorijoje, su dirbtinai paruoštu drėgnu dujų srautu. Universitetas dar nepaskelbė, kiek kainuotų medžiaga, kiek energijos reikia CO₂ išleisti ir medžiagai atnaujinti, ir ar ją pavyktų pagaminti dideliais kiekiais.

Patento paraiška rodo, kad mokslininkai mato galimybę technologiją pritaikyti praktiškai. Kad BVR-X pasiektų elektrines ir gamyklas, ją dar reikės išbandyti tikrame dūmtraukyje. Daugiau gerų žinių apie švaresnę pramonę ir energetiką rasite skyriuje Klimatas, o apie naujas technologijas - skyriuje Mokslas ir technologijos.