Графеновые мембраны могут удешевить улавливание CO₂ на заводах

Улавливание углекислого газа становится критически важным для промышленных отраслей, таких как производство цемента и стали, которые всё ещё зависят от ископаемого топлива. Традиционные системы на основе растворителей требуют много тепла, сложной инфраструктуры и дороги в эксплуатации.

Автор: Pixabay/CC0 Public Domain

Альтернативой являются мембранные системы, работающие на электричестве. Они действуют как сверхтонкий фильтр, избирательно пропускающий CO₂. Однако многие мембраны теряют эффективность при низкой концентрации газа, что характерно, например, для электростанций на природном газе.

Исследователи из Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) проанализировали потенциал нового мембранного материала — пиридинового графена. Это однослойный графен с нанопорами, которые предпочтительно пропускают молекулы CO₂. Учёные объединили экспериментальные данные с компьютерным моделированием реальных условий работы, включая энергопотребление и потоки газа, а также оценили различные сценарии стоимости для коммерческого применения.

Трехступенчатый процесс с пиридиновым и PEI-графеном. Автор: Nature Sustainability (2025). DOI: 10.1038/s41893-025-01696-5

Исследование под руководством Марины Микари и Кумара Варуна Агравала, опубликованное в журнале Nature Sustainability, показало, где новая мембрана работает лучше всего.

Оптимизация процессов на основе графеновых мембран для угольных электростанций и цементных заводов. Автор: Nature Sustainability (2025). DOI: 10.1038/s41893-025-01696-5

Моделирование показало, что для электростанций на природном газе трёхступенчатая система с обогащением CO₂ может снизить стоимость улавливания до 60–100 долларов за тонну (примерно 4800–8000 рублей). На угольных электростанциях, где концентрация CO₂ выше, затраты могут составить 25–50 долларов за тонну (~2000–4000 рублей). Для цементных заводов, несмотря на сложности с отделением CO₂ от кислорода, мембрана также показала схожий диапазон стоимости и стабильность.

Высокая проницаемость графеновой мембраны позволяет уменьшить площадь всей системы улавливания, делая её более компактной. Исследование указывает, что пиридиновый графен может стать эффективной и потенциально более дешёвой альтернативой традиционным методам после масштабирования технологии.

ИИ: Это исследование — важный шаг в развитии технологий улавливания углерода. Если графеновые мембраны удастся внедрить в промышленных масштабах, это может значительно снизить углеродный след «тяжёлых» отраслей, что критически важно для достижения климатических целей.