По данным Всемирной ассоциации производителей стали, при выплавке металла в воздух выбрасывается почти в два раза больше углекислого газа, чем весит полученная сталь. Таким образом, вклад сталеплавильной отрасли в мировые выбросы парниковых газов составляет 7–9 %, с чем долгое время приходилось мириться. Однако стартап из Бостона — Boston Metal — смог реализовать технологию производства стали с использованием электричества, благодаря чему свёл выбросы CO₂ к нулю.

Источник изображений: Boston Metal

Оригинальную технологию выплавки стали с использованием неразрушаемого (инертного) анода разработали в Массачусетском технологическом институте (MIT). Компанию Boston Metal основали представители института с намерением коммерциализировать разработку и в перспективе зарабатывать на продаже лицензий на технологический процесс. Для демонстрации возможностей был создан небольшой реактор с одним анодом, а также испытана технология производства с несколькими анодами для увеличения объёмов выплавки стали.

При традиционной выплавке металла из железной руды в неё добавляют кокс, который в процессе горения в доменной печи образует угарный газ. Этот газ соединяется с кислородом, содержащимся в руде (в составе оксида железа), и превращается в углекислый газ, выбрасываемый в атмосферу.

Компания Boston Metal разработала безуглеродный метод, который называется электролизом расплавленных оксидов (MOE). Этот процесс производства металла заключается в том, что железная руда смешивается с электролитом в реакторе, а затем нагревается до температуры около 1600 °C с помощью электричества вместо кокса. В результате электроны расщепляют связи в железной руде, очищая её и выделяя только кислород. В процессе не образуется ни одной молекулы углекислого газа.

Установка Boston Metal с одним инертным анодом выплавила более одной тонны стали, используя только электричество. Если электроэнергия поступает из возобновляемых источников, то производство стали методом MOE становится абсолютно экологически чистым с точки зрения выбросов парниковых газов.

Поскольку текущий реактор способен производить всего около одной-двух тонн металла в месяц, компания планирует построить демонстрационный завод большего масштаба. Его ввод в эксплуатацию намечен на 2026 год, а начало работы — на 2027-й. В конечном итоге Boston Metal рассчитывает лицензировать свой экологически чистый производственный процесс для других производителей стали.

Около половины всей энергии наша цивилизация использует в виде тепла, а не электричества. Поэтому понижение углеродного следа только в сфере генерации не решит стоящих перед человечеством климатических задач. Производство тепла также подлежит декарбонизации и, прежде всего, речь о тепле для энергоёмких производств, таких как выплавка металла или выпуск цемента.

Источник изображений: ETH Zurich/Emiliano Casati

Традиционно до попадания на приёмник тепла солнечный свет тем или иным образом концентрируется. Обычно это делается с помощью параболических зеркал. Тепловая ловушка исследователей из Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich) вбирает в себя сфокусированный солнечный свет и на выходе отдаёт высокую температуру. Основная задача — сделать такую ловушку компактной и эффективной, а также устойчивой к длительной эксплуатации с большим перепадом температур на обоих концах: входном и выходном.

Швейцарцы предложили сочетание прозрачного для света кварцевого стержня диаметром 7,5 см и длиной 30 см, в который с одного конца поступает сфокусированный свет, и непрозрачного диска из карбида кремния на другом (приёмном) конце. Учёные подчёркивают, что на приёмном конце для максимального преобразования света в тепло должен быть именно непрозрачный материал. Карбид кремния поглощает тепло и передаёт его дальше для использования.

В лабораторных условиях на предложенную тепловую ловушку подали имитатор солнечного света, усиленного в 135 раз. На выходе получилась температура 1050 °C. Конкурирующие разработки в сходных условиях выдавали на приёмном конце температуру не больше 170 °C. Разница очевидна. В то же время исследователи пока не готовы обосновать техническое и экономическое использование предложенных ими тепловых ловушек на практике. Это будет темой нового исследования.

Идея извлечения углекислого газа прямо из атмосферы витала в воздухе уже много лет, но интерес к ней возрос после выхода в 2022 году доклада Межправительственной группы экспертов ООН по изменению климата, который подчеркнул перспективность такого подхода. AirMyne представила запатентованную жидкость для поглощения CO₂ и технологию последующего извлечения из неё углерода нагревом до температур 100–130 °C при помощи геотермального тепла.

Сам по себе метод использования специализированных жидкостей для поглощения CO₂ не нов, но в большинстве случаев для последующего высвобождения газа требуются высокие температуры. Процесс, предлагаемый AirMyne, может оказаться менее эффективным, чем высокотемпературный подход, но соучредитель и главный операционный директор Марк Сиффка (Mark Cyffka) подчёркивает гибкость и широкие возможности масштабирования своей технологии.

«Это гибко. Теперь вы можете использовать низкотемпературное тепло от [переработки] промышленных отходов и геотермальной энергии», — утверждает Сиффка. Сейчас компания тестирует различные конфигурации своей системы. Коллекторы, скорее всего, будут модульными, и из них жидкость будет поступать в большую централизованную колонну для регенерации, аналогичную той, что используется на крупных химических заводах, разработкой которых Сиффка занимался ранее, работая в BASF. По его словам, в настоящее время компания тестирует около 30 прототипов.

Согласно патентам, полученным компанией, ключевым компонентом жидкости AirMyne является один или несколько вариантов соединений четвертичного аммония. Четвертичный аммоний (аммоний-катионы) — это класс соединений, которые широко используются в самых разных областях, включая дезинфицирующие средства для рук, средства по уходу за волосами и кондиционеры для белья. Интерес к ним как к сорбентам CO₂ в последнее время резко возрос, потому что они широко доступны, относительно стабильны и не требуют сильного нагрева для выделения уловленного углекислого газа. Они также способны выделять CO₂ при влажности, близкой к точке насыщения, что потенциально даёт ещё один способ контролировать регенерацию жидкости.

Использование AirMyne низкотемпературного тепла может открыть двери для использования этой технологии на самых разных объектах: от геотермальных установок до химических нефтеперерабатывающих предприятий и пивоваренных заводов. Жидкостная система потребует большого количества воды — от одной до семи тонн на тонну уловленного углерода, — поскольку некоторая её часть неизбежно испаряется при контакте с атмосферой. Это может помешать использованию технологии в засушливых регионах. Тем не менее, спрос на улавливание углерода будет постоянно и быстро расти, что поможет AirMyne занять свою нишу на этом рынке.

Сейчас AirMyne сотрудничает с Fervo, объединяя свою систему улавливания углерода с передовым геотермальным проектом этого стартапа в штате Юта. Образцы CO₂, извлечённые компанией из атмосферы в лаборатории, были отправлены CarbonBuilt, компании по производству низкоуглеродистого цемента, и Rubi, которая производит текстиль из CO₂. В 2026 году AirMyne планирует внедрить свою технологию улавливания углерода с последующим закачиванием в подземные хранилища в штате Калифорния. Недавно компания привлекла инвестиции в размере $6,9 млн.