«Σφουγγάρι» ξυλάνθρακα δεσμεύει CO2
Επιστήμονες του Πανεπιστημίου του Κέιμπριτζ έχουν πρωτοπορήσει σε μια οικονομική και αποτελεσματική μέθοδο για τη δημιουργία υλικών για τη δέσμευση CO2.
Η καινοτόμος μέθοδος δέσμευσης CO2 είναι παρόμοια με τη φόρτιση μιας μπαταρίας, αλλά αντί να φορτίζει τον ενεργό άνθρακα, που χρησιμοποιείται συνήθως στα οικιακά φίλτρα νερού. Η φόρτιση του «σφουγγαριού» του άνθρακα με ιόντα δημιουργεί αντιστρεπτές ενώσεις με το CO2 που δεσμεύουν αποτελεσματικά το CO2 από τον αέρα.
Ενδεχομένως, η μέθοδος αυτή είναι πιο ενεργειακά αποδοτική από τις παραδοσιακές διαδικασίες δέσμευσης του διοξειδίου του άνθρακα, καθώς απαιτεί πολύ χαμηλότερες θερμοκρασίες.
Οι ερευνητές έχουν καταθέσει δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για τη μέθοδο, ενώ η έρευνα εμπορεύεται με την υποστήριξη του Cambridge Enterprise.
Ο Δρ Alexander Forse από το Τμήμα Χημείας Yusuf Hamied, ο οποίος ηγήθηκε της έρευνας, εξήγησε τη σημασία της έρευνας: "Η δέσμευση των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα από την ατμόσφαιρα είναι μια έσχατη λύση, αλλά δεδομένης της κλίμακας της κλιματικής έκτακτης ανάγκης, είναι κάτι που πρέπει να διερευνηθεί".
Περιορισμοί της άμεσης δέσμευσης του αέρα
Η άμεση δέσμευση του αέρα, που χρησιμοποιεί υλικά που μοιάζουν με σφουγγάρια για την εξαγωγή διοξειδίου του άνθρακα από την ατμόσφαιρα, είναι μια πιθανή μέθοδος δέσμευσης άνθρακα. Ωστόσο, προς το παρόν είναι δαπανηρή, ενεργοβόρα, εξαρτάται από υψηλές θερμοκρασίες και φυσικό αέριο και δεν έχει σταθερότητα.
Ενεργός άνθρακας για τη δέσμευση άνθρακα
Ο ενεργός άνθρακας χρησιμοποιείται συνήθως σε εφαρμογές καθαρισμού, όπως φίλτρα νερού, αλλά συνήθως δεν μπορεί να δεσμεύσει CO2 από τον αέρα. Ο Forse και οι συνάδελφοί του πρότειναν ότι η φόρτιση του ενεργού άνθρακα, παρόμοια με μια μπαταρία, θα μπορούσε να τον καταστήσει κατάλληλο για τη δέσμευση άνθρακα. Κατά τη φόρτιση μιας μπαταρίας, φορτισμένα ιόντα εισάγονται σε ένα ηλεκτρόδιο. Οι ερευνητές υπέθεσαν ότι η φόρτιση του ενεργού άνθρακα με υδροξείδια, τα οποία σχηματίζουν αντιστρεπτούς δεσμούς με το CO2, θα ενίσχυε τις ικανότητές του για δέσμευση άνθρακα. Χρησιμοποίησαν μια διαδικασία που μοιάζει με μπαταρία για να φορτίσουν το φθηνό ύφασμα ενεργού άνθρακα με ιόντα υδροξειδίου. Το ύφασμα, που λειτουργεί σαν ηλεκτρόδιο μπαταρίας, συσσωρεύει ιόντα υδροξειδίου στους πόρους του. Μετά τη φόρτιση, ο ξυλάνθρακας αφαιρείται, πλένεται και ξηραίνεται.
Οι δοκιμές έδειξαν ότι το φορτισμένο σφουγγάρι ξυλάνθρακα μπορούσε να δεσμεύσει με επιτυχία CO2 απευθείας από τον αέρα λόγω του μηχανισμού σύνδεσης υδροξειδίων.
Για να απελευθερωθεί το συλληφθέν CO2 για καθαρισμό και αποθήκευση, το υλικό θερμαίνεται για να αντιστραφούν οι δεσμοί υδροξειδίου-CO2.
Οι ερευνητές πιστεύουν ότι η προσέγγιση αυτή θα μπορούσε να είναι χρήσιμη και πέρα από τη δέσμευση του άνθρακα, καθώς οι πόροι του άνθρακα και τα εισαγόμενα ιόντα μπορούν να ρυθμιστούν ώστε να δεσμεύουν διάφορα μόρια.
Η καινοτόμος μέθοδος δέσμευσης CO2 είναι παρόμοια με τη φόρτιση μιας μπαταρίας, αλλά αντί να φορτίζει τον ενεργό άνθρακα, που χρησιμοποιείται συνήθως στα οικιακά φίλτρα νερού. Η φόρτιση του «σφουγγαριού» του άνθρακα με ιόντα δημιουργεί αντιστρεπτές ενώσεις με το CO2 που δεσμεύουν αποτελεσματικά το CO2 από τον αέρα.
Ενδεχομένως, η μέθοδος αυτή είναι πιο ενεργειακά αποδοτική από τις παραδοσιακές διαδικασίες δέσμευσης του διοξειδίου του άνθρακα, καθώς απαιτεί πολύ χαμηλότερες θερμοκρασίες.
Οι ερευνητές έχουν καταθέσει δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για τη μέθοδο, ενώ η έρευνα εμπορεύεται με την υποστήριξη του Cambridge Enterprise.
Ο Δρ Alexander Forse από το Τμήμα Χημείας Yusuf Hamied, ο οποίος ηγήθηκε της έρευνας, εξήγησε τη σημασία της έρευνας: "Η δέσμευση των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα από την ατμόσφαιρα είναι μια έσχατη λύση, αλλά δεδομένης της κλίμακας της κλιματικής έκτακτης ανάγκης, είναι κάτι που πρέπει να διερευνηθεί".
Περιορισμοί της άμεσης δέσμευσης του αέρα
Η άμεση δέσμευση του αέρα, που χρησιμοποιεί υλικά που μοιάζουν με σφουγγάρια για την εξαγωγή διοξειδίου του άνθρακα από την ατμόσφαιρα, είναι μια πιθανή μέθοδος δέσμευσης άνθρακα. Ωστόσο, προς το παρόν είναι δαπανηρή, ενεργοβόρα, εξαρτάται από υψηλές θερμοκρασίες και φυσικό αέριο και δεν έχει σταθερότητα.
Ενεργός άνθρακας για τη δέσμευση άνθρακα
Ο ενεργός άνθρακας χρησιμοποιείται συνήθως σε εφαρμογές καθαρισμού, όπως φίλτρα νερού, αλλά συνήθως δεν μπορεί να δεσμεύσει CO2 από τον αέρα. Ο Forse και οι συνάδελφοί του πρότειναν ότι η φόρτιση του ενεργού άνθρακα, παρόμοια με μια μπαταρία, θα μπορούσε να τον καταστήσει κατάλληλο για τη δέσμευση άνθρακα. Κατά τη φόρτιση μιας μπαταρίας, φορτισμένα ιόντα εισάγονται σε ένα ηλεκτρόδιο. Οι ερευνητές υπέθεσαν ότι η φόρτιση του ενεργού άνθρακα με υδροξείδια, τα οποία σχηματίζουν αντιστρεπτούς δεσμούς με το CO2, θα ενίσχυε τις ικανότητές του για δέσμευση άνθρακα. Χρησιμοποίησαν μια διαδικασία που μοιάζει με μπαταρία για να φορτίσουν το φθηνό ύφασμα ενεργού άνθρακα με ιόντα υδροξειδίου. Το ύφασμα, που λειτουργεί σαν ηλεκτρόδιο μπαταρίας, συσσωρεύει ιόντα υδροξειδίου στους πόρους του. Μετά τη φόρτιση, ο ξυλάνθρακας αφαιρείται, πλένεται και ξηραίνεται.
Οι δοκιμές έδειξαν ότι το φορτισμένο σφουγγάρι ξυλάνθρακα μπορούσε να δεσμεύσει με επιτυχία CO2 απευθείας από τον αέρα λόγω του μηχανισμού σύνδεσης υδροξειδίων.
Για να απελευθερωθεί το συλληφθέν CO2 για καθαρισμό και αποθήκευση, το υλικό θερμαίνεται για να αντιστραφούν οι δεσμοί υδροξειδίου-CO2.
Οι ερευνητές πιστεύουν ότι η προσέγγιση αυτή θα μπορούσε να είναι χρήσιμη και πέρα από τη δέσμευση του άνθρακα, καθώς οι πόροι του άνθρακα και τα εισαγόμενα ιόντα μπορούν να ρυθμιστούν ώστε να δεσμεύουν διάφορα μόρια.
