Биополимеры из отходов: панцири ракообразных усиливают превращение CO₂ в топливо

Исследователи предложили способ повышения эффективности электрохимического преобразования углекислого газа за счёт использования биополимерных покрытий, полученных из отходов. Результаты работы опубликованы в Nature Energy.

Разработка выполнена группой учёных Национального университета Сингапура. В основе подхода — нанесение на медные катализаторы ультратонких (2–5 нм) слоёв биополимеров, включая целлюлозу, хитин и хитозан, получаемые из панцирей ракообразных, древесины и другой биомассы.

Цель технологии — повысить селективность реакции при преобразовании CO₂ в многокарбоновые соединения, такие как этилен и этанол, которые в настоящее время преимущественно производятся из нефти.

В ходе экспериментов установлено, что биополимерные покрытия изменяют условия реакции на поверхности катализатора. Они способствуют накоплению CO₂ в активной зоне, ограничивают доступ воды и повышают эффективность переноса ионов. Это позволяет подавлять побочные реакции, прежде всего образование водорода, и направлять процесс в сторону получения целевых продуктов.

По данным исследования, селективность достигает 90% при плотности тока 1,6 А/см² и сохраняется на уровне 83% при повышении нагрузки до 2,2 А/см². В тандеме с серебряными катализаторами показатель достигает 95%, что соответствует одним из лучших результатов для медных систем.

Дополнительно показано, что биополимеры могут полностью заменить традиционные фторсодержащие материалы, такие как Nafion, относящиеся к группе PFAS. Эти вещества широко применяются в электрохимических системах, однако характеризуются высокой стоимостью и устойчивостью в окружающей среде.

Использование биоматериалов позволяет одновременно снизить стоимость и экологическую нагрузку. По оценке авторов, хитозан примерно на порядок дешевле традиционных аналогов, что создаёт потенциал для масштабирования технологии.

Полученные результаты указывают на возможность повышения эффективности CO₂-конверсии без применения дорогостоящих и экологически проблемных компонентов. При этом технология находится на стадии лабораторных исследований, и её дальнейшее развитие будет связано с оценкой стабильности материалов и адаптацией к промышленным условиям.

В более широком контексте разработка отражает тенденцию к интеграции циркулярной экономики в климатические технологии. Биологические отходы используются для создания функциональных материалов, которые, в свою очередь, участвуют в переработке углеродных выбросов в топливо и химическую продукцию.