Materiały mogą wychwytywać CO2 i czynić go użytecznym

Chociaż poczyniono postępy w ograniczaniu emisji dwutlenku węgla w niektórych krajach, zwłaszcza w Europie i Ameryce Północnej, jasne jest, że znalezienie sposobów na wychwytywanie dwutlenku węgla z kominów – lub z atmosfery – staje się coraz bardziej konieczne. Dostępne systemy drastycznie podnoszą koszt energii elektrycznej z elektrowni wyposażonych w tę technologię. A co zrobić z tym całym dwutlenkiem węgla po jego oddzieleniu, pozostaje problematyczne.





Skomplikowana, wysoce porowata struktura kowalencyjnych podbudów organicznych sprawia, że ​​są one wyjątkowo odpowiednie do wychwytywania dwutlenku węgla.

Teraz zespół naukowców z Lawrence Berkeley National Laboratory i University of California w Berkeley ma opracował metodę który wykorzystuje superporowate struktury molekularne znane jako kowalencyjne ramy organiczne , z katalizatorami przekształcającymi dwutlenek węgla w tlenek węgla, które mogą być wykorzystywane do produkcji szeregu materiałów, w tym paliw, tworzyw sztucznych, a nawet farmaceutyków.

Nowe materiały, mówi Chris Chang, chemik z Oddziału Nauk Chemicznych Berkeley Lab i jeden ze współkierowników zespołu badawczego, opierają się na wysoce stabilnej, porowatej strukturze, która jest ozdobiona wszystkimi tymi katalizatorami. Chociaż są to badania na wczesnym etapie i nigdzie nie są gotowe do skalowania do poziomu elektrowni, jest to ważny krok w kierunku znalezienia praktycznych sposobów pochłaniania i wykorzystywania dwutlenku węgla zarówno w strumieniach odpadów, jak i powietrzu.



Osadzenie ram z katalizatorami chemicznymi umożliwia im przekształcanie dwutlenku węgla w tlenek węgla, który może być wykorzystany jako materiał wyjściowy dla przydatnych chemikaliów.

Po raz pierwszy opracowany w połowie 2000 roku przez Omar Yaghi , obecnie profesor chemii na UC Berkeley i współdyrektor Instytut Nanonauki Energetycznej Kavli kowalencyjne struktury organiczne to skomplikowane, wysoce porowate kryształy, które mają wiele potencjalnych zastosowań w magazynowaniu gazu, fotonice i różnych procesach chemicznych. Są szczególnie cenne jako materiały do ​​wychwytywania dwutlenku węgla, ponieważ działają w obecności wody, co oznacza, że ​​można wyeliminować toksyczne rozpuszczalniki organiczne stosowane w innych formach wychwytywania dwutlenku węgla; nie naprawiasz już jednego problemu i nie tworzysz innego, jak to ujął Yaghi.

Wychwytywanie węgla to połowa rozwiązania; przekształcenie go w materiały użytkowe to druga połowa. Wyzwanie zawsze polegało na tym, czy można go przekształcić w jakiś materiał wyjściowy, który można wykorzystać jako surowce do przydatnych chemikaliów? mówi Yaghi. Ta praca jest pierwszym krokiem w kierunku tego wyzwania.



W ostatnich latach prace nad wychwytywaniem dwutlenku węgla ze strumieni odpadów z elektrowni utknęły w martwym punkcie (patrz Czego wychwytywanie dwutlenku węgla nie może zrobić ). Obecne podejścia koncentrują się na wychwytywaniu po spalaniu, zwykle przy użyciu rozpuszczalników na bazie amin; metody wstępnego spalania, takie jak zgazowanie węgla przed spaleniem; i spalanie w tlenie, które spala węgiel w czystym tlenie, a nie w powietrzu. Wszystkie są skuteczne, ale są drogie i nieefektywne. I żaden nie będzie działał w celu usunięcia węgla z atmosfery (patrz Czy wysysanie CO2 z atmosfery naprawdę działa? ).

Prace nad nowatorskimi technikami, takimi jak badania Yaghiego i Changa oraz ich zespołu, mogą otworzyć nowe możliwości zwiększenia możliwości wychwytywania dwutlenku węgla. Jednym z ograniczeń jest to, że kataliza wymaga energii: w ten sposób system wychwytywania i przekształcania dwutlenku węgla sam zużywałby energię elektryczną. Chang mówi, że jednym z celów jest połączenie urządzeń do wychwytywania i konwersji dwutlenku węgla z panelami słonecznymi.

Selektywne wychwytywanie węgla to trudne wyzwanie, mówi Yaghi. A przekształcenie go w użyteczny materiał dodatkowo się do tego przyczynia. Pięć lat temu nie mogliśmy powiedzieć, że możemy to zrobić. Nie powiedziałbym, że to rozwiązaliśmy, ale teraz możemy powiedzieć, że jest to wykonalne.



ukryć