Изменение климата является одной из самых актуальных проблем, стоящих сейчас перед человечеством. И ее решение до сих пор не найдено из-за ряда факторов – например, чрезмерного содержания углекислого газа (СО2) в атмосфере, которое вызывает парниковый эффект и неуклонно нагревает планету. Многие ученые активно работают над этой проблемой и находят весьма перспективные способы ее решения. Одна из таких инноваций была изобретена специалистами университета штата Северная Каролина (США). Исследователи представили общественности технологию разработки фильтров для поглощения углекислого газа при помощи 3D печати.
Одной из основных причин глобального потепления считают избыточный выброс СО2 в атмосферу, который происходит в результате работы промышленности и особенно использования нефти. Согласно годовому отчету Лаборатории глобального мониторинга Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA), общемировой средний уровень СО2 в атмосфере в 2022 году составил 417,06 частей на миллион. Это является новым рекордом и более чем на 50% превосходит показатели доиндустриальных времен. Кроме того, избыток углекислого газа увеличил кислотность океанов на 30%. Все это делает чрезвычайно актуальным поиск способов фильтрации СО2 для очистки воздуха.
Разработанная американскими учеными технология предусматривает 3D печать специального гидрогелевого материала, способного удерживать карбоангидразу. Этот фермент ускоряет реакцию, превращающую углекислый газ и воду в бикарбонат. Ведущий специалист Цзялонг Шен утверждает, что применение аддитивных технологий позволяет выполнять данный процесс гораздо точнее и с более высокой скоростью. Для создания такого функционального материала требуется только сырье и 3D принтер. Команда исследователей сформировала механически прочный гидрогель, чтобы его можно было печатать на 3D принтере и экструдировать в непрерывный филамент.
Как изготавливают фильтры углекислого газа на основе 3D печати?
В процессе исследования ученые пришли к выводу, что 3D печать позволяет изготавливать фильтры СО2 быстрее и эффективнее, чем традиционными методами. Для этого они использовали процесс, который выглядит почти как смесь экструзионной 3D печати и фотополимеризации, и подобен распылению материала. Чтобы выполнить поставленную задачу, специалисты создали специальные чернила из двух различных органических соединений и карбоангидразы. Далее им удалось изготовить нитевидные филаменты гидрогеля на двумерной сетке и отвердить раствор при помощи ультрафиолета. Важно, что полученный гидрогель не только подходил для экструзии в непрерывную нить, но и был достаточно прочным для 3D-печати.
В целом, реализованный ими проект принес неплохие результаты. Согласно пресс-релизу исследовательской группы, в проведенном эксперименте им удалось уловить 24% СО2 из газовой смеси. Хотя этот показатель был ниже, чем в предыдущих тестах, это могло быть связано с тем, что фильтр был меньше дюйма в диаметре. Кроме того, можно изготовить фильтры большего размера и различной формы, чтобы сложить их в большой столбец для повышения эффективности улавливания. А испытания фильтра на долговечность показали, что, после 1000 часов работы он сохранил более половины своей первоначальной эффективности. Сами участники проекта считают, что их система фильтрации пока что находится на начальной стадии разработки, однако она уже показала ощутимую результативность в поглощении углекислого газа.
