Города Европы выбрасывают в атмосферу огромное количество парниковых газов. Две важнейшие городские услуги – сжигание отходов и очистка сточных вод – являются одними из крупнейших источников выбросов CO2 в городах ЕС.
Эти системы жизненно важны для общественного здравоохранения и городской жизни, однако они производят выбросы, которые трудно полностью устранить. Но что, если бы этот CO2 не обязательно был потрачен впустую?
Для международной группы исследователей загрязнение воздуха углекислым газом в городах представляет собой возможность. Работая вместе в рамках финансируемой ЕС инициативы WaterProof, они разрабатывают способ улавливания CO2, образующегося в результате этих процессов, и преобразования его в муравьиную кислоту: простое, универсальное химическое вещество, используемое во многих отраслях промышленности.
Это позволило бы использовать выбросы от мусоросжигательных заводов и сточных вод для производства чистящих средств под раковиной или даже для обработки кожи на нашей обуви.
Превращение проблемы в ресурс
Усилия по борьбе с изменением климата в значительной степени сосредоточены на возобновляемых источниках энергии, электрификации и повышении энергоэффективности. Однако некоторые источники по-прежнему трудно устранить.
«Некоторые виды выбросов трудно остановить», — сказала Аннели Йонгериус, электрохимик и руководитель программы в голландской химической компании Avantium, которая координирует исследования.
Один из вариантов — улавливать CO2 и хранить его под землей. Но команда WaterProof изучает более экологичную альтернативу: использование углерода, а не его хранение в замкнутом цикле.
«Было бы лучше, если бы мы могли его использовать», — сказал Йонгериус. «В то же время нам нужны альтернативы ископаемому сырью для производства химикатов».
Если вы извлекаете CO2 из сточных вод, превращаете его в продукт, а затем используете этот продукт для очистки унитаза, так что он возвращается в канализационную систему, вы создаете замкнутый цикл.
Эта проблема особенно заметна на таких предприятиях, как те, которыми управляет голландская компания по управлению отходами HVC, владеющая двумя крупными мусоросжигательными заводами в Нидерландах.
«Мы должны принимать все отходы, которые производит общество», — сказал Ян Петер Борн, менеджер по инновациям в области переработки отходов в энергию в компании HVC. «У нас нет средств регулирования выбросов CO2, кроме как поощрения людей к сокращению покупок и увеличению объемов переработки».
HVC уже улавливает часть CO2 и продает его фермерам, выращивающим растения в теплицах, которые используют его для повышения урожайности таких культур, как помидоры и огурцы. Но это лишь частичное решение.
«Большая часть CO2, подаваемого растениям, снова высвобождается через крышу теплицы», — пояснил Борн. «С юридической точки зрения это отложенный выброс. Именно фермер добивается сокращения выбросов, поскольку он избегает сжигания газа для производства CO2».
Исследователи из WaterProof стремятся пойти еще дальше, превращая уловленный углерод в полезные продукты, которые дольше предотвращают его попадание в атмосферу.
От CO2 до чистящих средств
В основе инновации WaterProof лежит электрохимический процесс, который преобразует уловленный CO2 в муравьиную кислоту с использованием возобновляемой электроэнергии.
«Это одна из самых простых переделок, которые можно сделать», — сказал Йонгериус.
Электрический ток приводит в действие реакцию в специализированной ячейке, восстанавливая CO2 до муравьиной кислоты. Поскольку система работает на возобновляемой электроэнергии и использует углерод, полученный из отходов, она снижает зависимость от ископаемого сырья.
Этот процесс также может предложить дополнительные преимущества. В электрохимической ячейке одновременно происходят две реакции, по одной на каждом электроде. Хотя команда WaterProof сосредоточена на преобразовании CO2 в муравьиную кислоту, они также исследовали возможность сочетания этой реакции со второй реакцией, в результате которой образуется перекись водорода и родственные соединения.
Эти вещества могут помочь расщепить стойкие загрязняющие вещества в сточных водах, включая остатки фармацевтических препаратов и пестицидов. Однако эта часть процесса находится пока на ранней стадии и не внедряется в существующую демонстрационную систему.
Команда тестирует полученную из CO2 муравьиную кислоту в экологически чистых чистящих средствах, таких как средства для чистки туалетов и поверхностей.
«Она действует точно так же, как и муравьиная кислота, полученная традиционным способом», — сказал Йонгериус. «Это та же самая молекула».
Помимо очистки, в рамках проекта изучается использование муравьиной кислоты, полученной из CO2, в дублении кожи. Хотя кислота может использоваться для всех типов кожи, в настоящее время команда сотрудничает с исландской компанией Nordic Fish Leather, чтобы вывести на рынок экологически чистую рыбью кожу – более устойчивую альтернативу традиционной коже, полученной из крупного рогатого скота.
Масштабирование для достижения реального эффекта
Хотя химический процесс выглядит многообещающим, следующая задача — масштабирование производства.
Опираясь на предыдущие исследования, финансируемые ЕС, команда сейчас работает над крупномасштабной пилотной установкой, в которой несколько электрохимических ячеек объединены в стопку, что увеличивает объем перерабатываемого CO2. В случае успеха это проложит путь к созданию промышленных установок.
Модульная конструкция позволяет адаптировать систему к различным условиям эксплуатации, от очистных сооружений до мусоросжигательных заводов. Цель состоит в том, чтобы продемонстрировать процесс WaterProof летом 2026 года, показав, что производственная цепочка, не использующая ископаемое топливо, может функционировать в реальных условиях.
Подобные системы в конечном итоге могут быть интегрированы в городскую инфраструктуру, превращая города в центры замкнутого цикла химического производства, а не в источники выбросов.
Извлечение ценных материалов из отходов.
Потенциал проводимой работы выходит за рамки повторного использования углерода. Исследователи также изучают возможность применения муравьиной кислоты для извлечения ценных материалов из отходов.
Сочетая его с другими соединениями, они разрабатывают глубокие эвтектические растворители — малотоксичные жидкости, способные растворять и связывать металлы в отходах, что позволяет извлекать эти металлы.
У нас нет средств регулирования выбросов CO2, кроме как поощрения людей к сокращению покупок и увеличению объемов переработки отходов.
В золу от сжигания отходов и осадок сточных вод попадает множество ценных материалов, включая медь, литий, кобальт и даже небольшое количество золота — все они имеют решающее значение для современных технологий и перехода к экологически чистым технологиям.
Компания HVC уже использует механические процессы для извлечения металлов, отделяя более тяжелые частицы от золы в процессе, аналогичном промывке золота. Но это приводит к образованию смешанных потоков металлов, которые имеют меньшую ценность. Новые растворители могут позволить обеспечить более точное разделение.
«Эти эвтектические растворители можно адаптировать под конкретные металлы, — сказал Борн. — Это означает, что можно извлекать отдельные материалы, а не смеси, что повышает их ценность».
Однако экономические реалии остаются препятствием. Золото — единственный добываемый металл, который имеет достойную цену, пояснил Борн. Для многих других металлов, включая редкоземельные элементы, рыночная цена все еще слишком низка, чтобы оправдать затраты.
Это поднимает более широкие вопросы о политике и приоритетах, особенно в условиях продолжающегося роста спроса на критически важные материалы: насколько общества готовы субсидировать переработку отходов и должна ли стратегическая ценность преобладать над решениями, продиктованными исключительно рыночными принципами.
Закрытие цикла
Подобный подход «переработка отходов в ресурсы» набирает популярность по всей Европе. Новые правила ЕС, запланированные на 2026 год, направлены на то, чтобы сделать переработанные материалы более доступными и широко используемыми.
В случае успеха они могли бы помочь воплотить в жизнь идеи циклической экономики, подобные тем, что лежат в основе WaterProof, поддерживая стремление Европы стать мировым лидером в области циклического производства к 2030 году.
Объединяя улавливание углерода, химическое производство, очистку воды и переработку материалов, исследователи создают единую систему, реализующую эту концепцию на практике.
Для Йонгериуса эта концепция имеет как практический, так и символический характер.
«Если вы извлекаете CO2 из сточных вод, превращаете его в продукт, а затем используете этот продукт для очистки унитаза, так что он возвращается в канализационную систему, вы создаете замкнутый цикл», — сказала она. «Это ярчайший пример экономики замкнутого цикла».
Исследование, представленное в этой статье, финансировалось программой ЕС «Горизонт». Мнения опрошенных не обязательно отражают точку зрения Европейской комиссии. Если вам понравилась эта статья, пожалуйста, поделитесь ею в социальных сетях.
