От стоманена шлака и CO₂ до водород под 1 долар за килограм

Нова електрохимична технология използва индустриални отпадъци, за да улавя въглероден диоксид и едновременно да намалява енергията за производство на водород. Резултатите са обещаващи, но засега са демонстрирани в лаборатория, а посочената цена е прогноза.

Учени от Държавния университет на Охайо (The Ohio State University) представиха процес, който свързва три задачи в една система: производство на водород чрез електролиза, трайно свързване на въглероден диоксид и оползотворяване на стоманена шлака или въглищна пепел.

Според изчисленията на екипа водородът би могъл да се произвежда за под 1 щатски долар за килограм — около 0,99 долара за килограм. При изпитаните условия системата улавя повече CO₂, отколкото се отделя при производството на използваното електричество от мрежата. Това отваря възможност за водород с нетно отрицателни емисии, дори без изцяло възобновяем източник на електроенергия.

Изследването на Томаз Невес-Гарсия, Корадо Масиоки и проф. Л. Робърт Бейкър е публикувано на 8 юли 2026 г. в научното списание ACS Energy Letters.

Как работи технологията

При обичайната водна електролиза електричеството разделя водата на водород и кислород. Процесът не отделя пряко CO₂, но крайният въглероден отпечатък зависи от произхода на електроенергията, производството на оборудването и останалите етапи от жизнения цикъл. Освен това електричеството е един от основните разходи при производството на водород.

Новата система използва енергията, която естествено се освобождава при минерализацията на въглеродния диоксид. В реактор с три камери CO₂ реагира с алкални компоненти от стоманена шлака или въглищна пепел. Въглеродът се свързва в стабилен калциев карбонат — калцит — вместо да остане в газообразна форма.

Тези реакции поддържат разлика в киселинността между отделните части на клетката. Полученият обратен pH градиент намалява електрическия потенциал, необходим за разделянето на водата. В лабораторната система учените поддържат pH разлика от около 4,4 единици и наблюдават начало на електролизата при 1,30 волта. Те изчисляват, че подходът може да понижи необходимия потенциал с до 0,39 волта — над 30% спрямо стандартната термодинамична стойност от 1,23 волта, преди да се отчетат реалните загуби в електролизьора.

С други думи, минерализацията на CO₂ не е просто допълнителна операция към електролизата. Тя подпомага самото производство на водород.

От отпадък към два продукта

Процесът превръща входящите материали в два потенциално продаваеми продукта: водород и синтетичен калцит с висока чистота.

Калцитът се използва в производството на цимент и бетон, хартия, пластмаси, земеделски продукти и фармацевтични изделия. Това е важно за икономиката на технологията. Посочената цена под 1 долар за килограм водород не идва само от по-ниското потребление на електричество — тя включва и очакваната стойност на получения калцит.

Използването на стоманена шлака и въглищна пепел също може да намали нуждата от специално произведени химични сорбенти. Това създава възможност отпадък от един промишлен процес да се превърне в суровина за друг.

AI image

Защо изследователите говорят за отрицателни емисии

При експерименталните условия системата е фиксирала CO₂ с фарадеева ефективност 93%. Авторите съобщават енергийна ефективност на улавянето и минерализацията под 0,5 kWh за килограм CO₂, когато се отчете енергийното съдържание на произведения водород.

На тази основа екипът изчислява, че процесът улавя повече въглероден диоксид за използван киловатчас, отколкото се отделя при производството на същото количество електричество от разглежданата електроенергийна мрежа. Така водородът може да има нетно отрицателен въглероден баланс при конкретните условия на анализа.

Тук е необходима важна терминологична уговорка. Авторите използват израза „green hydrogen“, но в европейски регулаторен контекст водородът от електролиза с електричество от общата мрежа не става автоматично „възобновяем водород“ или RFNBO. За такава квалификация трябва да бъдат изпълнени конкретни изисквания за произхода и времевата и географската свързаност на електроенергията. По-точно е технологията да се описва като път към водород с много ниски или потенциално отрицателни емисии, докато пълният жизнен цикъл не бъде независимо оценен.

Потенциалът е голям, но все още е потенциал

Изследователите оценяват, че наличните количества стоманена шлака и въглищна пепел биха осигурили капацитет за улавяне на над 500 милиона тона CO₂ годишно — повече от 1% от глобалните емисии. Това число описва теоретичен потенциал при широко внедряване, а не вече постигнато намаление.

Преди технологията да достигне промишлен мащаб, трябва да бъдат изяснени няколко въпроса:

  • как различният химичен състав на реалните отпадъчни потоци влияе върху процеса;
  • какви предварителна обработка, транспорт и контрол на качеството ще бъдат необходими;
  • колко дълго ще работят мембраните, електродите и катализаторите;
  • дали произведеният калцит постоянно ще отговаря на изискванията на потенциалните пазари;
  • какви ще бъдат капиталовите и оперативните разходи на цялостна инсталация;
  • дали независима оценка на жизнения цикъл ще потвърди отрицателните емисии в различни региони и при различен електроенергиен микс.

Самият университет подчертава, че са необходими допълнителни изследвания при по-голям мащаб.

Какво би означавал успехът

Ако резултатите бъдат потвърдени в пилотни и промишлени инсталации, подходът би могъл да свърже декарбонизацията на тежката индустрия с кръговото използване на отпадъците. Производители на стомана, оператори на електроцентрали, предприятия за строителни материали и бъдещи производители на водород биха могли да участват в обща индустриална верига.

Най-силната страна на разработката е не едно отделно подобрение, а интеграцията: отпадъчният материал улавя CO₂, минерализацията подпомага електролизата, а крайният процес създава водород и калцит. Точно тази връзка може да направи технологията икономически привлекателна.

Засега обаче цената под 1 долар за килограм, отрицателните емисии и глобалният потенциал трябва да се разглеждат като научно обосновани прогнози, които предстои да бъдат проверени извън лабораторията.

 

Източници

 

Свързани постове