En ny kolavskiljningsmetod har utvecklats för att fånga upp koldioxid från fossila bränslen
Växthusutsläppen är den största bidragsgivaren till klimatförändringarna. Utsläpp av kritiska växthusgaser är ett resultat av storskalig industrialisering och mänsklig aktivitet. De flesta av dessa växthusutsläpp är av koldioxid (CO2) från förbränning av fossila bränslen. Den totala koncentrationen av CO2 i atmosfären har ökat med mer än 40 procent ända sedan industrialiseringens era startade. Denna stadiga ökning av växthusutsläppen värms upp planet i vad som kallas 'den globala uppvärmningen' eftersom datorsimuleringar har visat att utsläpp är ansvariga för ökningen av jordens genomsnittliga yttemperatur över tid, vilket indikerar "klimatförändringar" på grund av förändringar i nederbördsmönster, stormens svårighetsgrad, havsnivåer etc. Sålunda utveckla lämpliga sätt att "fånga eller fånga in" "koldioxid från utsläpp är en kritisk aspekt för att hantera klimatförändringar. Kol fångstteknik har funnits i decennier men har nyligen fått mer fokus på grund av miljöhänsyn.
En ny metod för kolavskiljning
Standardproceduren för kol infångning innebär att fånga och separera CO2 från en gasformig blandning, sedan transportera den till lagring och lagra den på avstånd från atmosfären vanligtvis under jord. Denna process är mycket energikrävande, involverar flera tekniska frågor, risker och begränsningar, till exempel hög sannolikhet för läckage på lagringsplatsen. En ny studie publicerad i chem beskriver ett lovande alternativ för att fånga upp kol. Forskare vid Department of Energy USA har utvecklat en unik metod för att ta bort CO2 från koleldade kraftverk och denna process kräver 24 procent mindre energi jämfört med riktmärken som för närvarande används i industrin.
Forskare arbetade på naturligt förekommande ekologisk föreningar som kallas bis-iminoguanidiner (BIGs) som har förmågan att binda till negativt laddade anjoner som sett i tidigare studier. De trodde att denna speciella egenskap hos BIGs också borde vara tillämplig på bikarbonatanjoner. Så BIG kan agera som en sorbent (ett ämne som samlar upp andra molekyler) och omvandla CO2 till fast kalksten (kalciumkarbonat). Sodakalk är en blandning av kalcium- och natriumhydroxider som används av dykare, ubåtar och andra slutna andningsmiljöer för att filtrera utandningsluften och förhindra all farlig ansamling av CO2. Luften kan sedan återvinnas flera gånger. Till exempel gör rebreathers för dykare att de kan stanna undervattens under lång tid vilket annars är omöjligt.
En unik metod som kräver mindre energi
Baserat på denna förståelse utvecklade de en CO2-separationscykel som använde en vattenhaltig BIG-lösning. I denna speciella kolinfångningsmetod passerade de rökgas genom lösningen som fick CO2-molekyler att binda till STOR sorbent och denna bindning skulle kristallisera dem till en fast typ av ekologisk kalksten. När dessa fasta ämnen värmdes upp till 120 grader Celsius skulle bunden CO2 frigöras som sedan kunde lagras. Eftersom denna process sker vid relativt lägre temperaturer jämfört med befintliga kolinfångningsmetoder, reduceras energin som krävs för processen. Och fast sorbent kan lösas upp igen i vatten och återvinns för återanvändning.
Nuvarande kolavskiljningsteknik har många ihållande problem som problem med lagring, höga energikostnader etc. Den primära frågan är användningen av flytande sorbenter som antingen avdunstar eller sönderdelas över tiden och som också kräver minst 60 procent av den totala energin för att värma dem, vilket är mycket hög. Den fasta sorbenten i den aktuella studien övervann energibegränsningen eftersom CO2 fångas upp från ett kristalliserat fast bikarbonatsalt som krävde cirka 24 procent mindre energi. Det fanns inte heller någon förlust av sorbent även efter 10 på varandra följande cykler. Detta lägre energibehov kan sänka kostnaderna för avskiljning av koldioxid och när vi tar hänsyn till miljarder ton koldioxid kan den här metoden vara mycket effektiv genom att göra växthusutsläppen nollställda genom adekvat avskiljning.
En begränsning av denna studie är den relativt låga CO2-kapaciteten och absorptionshastigheten som beror på den begränsade lösligheten av BIG sorbent i vatten. Forskare tittar på att kombinera traditionella lösningsmedel som aminosyror med dessa STORA sorbenter för att komma till rätta med denna begränsning. Det aktuella experimentet har gjorts i liten skala där 99 procent CO2 avlägsnades från avgaserna. Processen behöver optimeras ytterligare så att den kan skalas upp för att fånga upp minst ett ton CO2 varje dag och från alla olika typer av utsläpp. Metoden måste vara robust för att hantera föroreningar i utsläpp. Det slutliga målet med en kolavskiljningsteknik skulle vara att direkt fånga upp CO2 från atmosfären genom att använda en prisvärd och energieffektiv metod.
***
{Du kan läsa den ursprungliga forskningsartikeln genom att klicka på DOI-länken nedan i listan över citerade källor}
Källa (er)
Williams N et al. 2019. CO2-avskiljning via kristallina vätebundna bikarbonatdimerer. chem.
https://doi.org/10.1016/j.chempr.2018.12.025
