Как углекислый газ океана превращается в пластик

Преобразование растворённого углекислого газа из морской воды в биоразлагаемый пластик — это особенно эффективный способ очистки океанов.

Проблема избыточного CO2 в океанах

Моря содержат в 150 раз больше углекислого газа, чем атмосфера Земли. Его накопление приводит к закислению океанов, что нарушает морские пищевые цепи и снижает биоразнообразие. Решение этой проблемы может не только восстановить баланс подводных экосистем, но и позволить использовать накопленный CO2 для производства различных продуктов, включая промышленные химикаты для пластика.

Метод прямого извлечения CO2 из океана

Первым шагом является технология Direct Ocean Capture (DOC) — удаление растворённого углекислого газа напрямую из морской воды с помощью электрохимических процессов. Хотя несколько компаний уже работают над этим, технология пока не применяется масштабно, а экономическая эффективность остаётся низкой: по оценкам Climate Interventions, удаление 1 тонны CO2 из океана может стоить не менее 373 долларов США.

Конвертация CO2 в биоразлагаемый пластик

Учёные из Китайской академии наук и Университета электронной науки и технологии Китая (г. Шэньчжэнь) разработали метод DOC, который позволяет превращать захваченный CO2 в предшественники биоразлагаемого пластика. Этот подход работает с эффективностью около 70%, потребляет относительно небольшое количество энергии — 3 кВт·ч на килограмм CO2 — и обходится примерно в 230 долларов США за тонну CO2.

Читайте также: Новый пластик растворяется в океане за ночь

Использование модифицированных морских бактерий

Ключевым элементом процесса является применение инженерных морских микробов. Процесс можно описать следующим образом (по данным статьи в Nature Catalysis):

1. В первом реакторе с помощью электричества естественная морская вода подкисляется, что превращает растворённый углерод в чистый газ. После его сбора вода возвращается в океан с восстановленной химией.
2. Захваченный газ CO2 подается во второй реактор с катализатором на основе висмута, где образуется концентрированная жидкость — муравьиная кислота. Она служит энергоёмким источником пищи для микробов.
3. Инженерные морские микробы, в частности Vibrio natriegens, используют муравьиную кислоту как единственный источник углерода. Микробы метаболизируют кислоту и производят янтарную кислоту, которая используется как предшественник для синтеза биоразлагаемых пластиков, таких как поли-бутиленсукцинат (PBS).

Перспективы технологии

Метод DOC позволяет производить янтарную кислоту для биоразлагаемого пластика и имеет потенциал для дальнейшей оптимизации. В будущем систему можно интегрировать в промышленные процессы, а также модифицировать для производства химикатов, используемых в топливе, лекарствах и пищевых продуктах.

Вопрос коммерциализации метода остаётся открытым, так как существует конкуренция. Например, компания Brineworks из Нидерландов планирует снизить стоимость до 200 долларов США за тонну к 2030 году с помощью электролизного решения. Следующие несколько лет будут интересными для наблюдения за этим перспективным направлением декарбонизации.

Читайте далее: Как пластик попадает в овощи на наших тарелках