Elektrochemisch apparaat vangt koolstofdioxide af met een druk op de knop (video)

Een nieuwe technologie kan de kosten van het afvangen van koolstofdioxide uit alle soorten emissies verlagen. Bij tests verwijderde de reactor continu koolstofdioxide uit een gesimuleerd rookgas met een efficiëntie van meer dan 98% en een relatief lage elektriciteitstoevoer.

Volgens een studie gepubliceerd in Nature door ingenieurs van Rice University, kan het systeem uit het laboratorium van chemisch en biomoleculair ingenieur Haotian Wang direct koolstofdioxide verwijderen uit bronnen variërend van rookgas tot de atmosfeer door elektriciteit te gebruiken om een ​​water-en-zuurstof- gebaseerde elektrochemische reactie. Deze technologische prestatie zou de directe luchtvangst van randindustrie kunnen veranderen in een veelbelovend front voor het tegengaan van klimaatverandering.

De meeste koolstofafvangsystemen omvatten een proces in twee stappen: eerst worden vloeistoffen met een hoge pH gebruikt om de kooldioxide, die zuur is, te scheiden van gemengde gasstromen zoals rookgas. Vervolgens wordt het kooldioxide uit de oplossing geregenereerd door verhitting of door injectie van een vloeistof met een lage pH.

“Als de koolstofdioxide eenmaal in deze oplosmiddelen zit, moet je het regenereren”, zei Wang. “Traditionele amine-wasmethoden vereisen temperaturen van 100-200 graden Celsius (212-392 Fahrenheit). Voor processen op basis van calciumcarbonaat heb je temperaturen nodig van wel 900 graden Celsius (1652 Fahrenheit).

Een ander nadeel van de huidige koolstofafvangtechnologieën is hun afhankelijkheid van grootschalige, gecentraliseerde infrastructuur. Het systeem dat in het Wang-lab is ontwikkeld, is daarentegen een schaalbaar, modulair point-of-use-concept dat kan worden aangepast aan verschillende scenario’s.

Geschikt voor kleine schaal – en astronauten

“De technologie kan worden opgeschaald naar industriële omgevingen, maar het mooie is dat het ook kleinschalig kan worden gebruikt: ik kan het zelfs in mijn kantoor gebruiken”, zei Wang. “We zouden bijvoorbeeld koolstofdioxide uit de atmosfeer kunnen halen en dat geconcentreerde gas continu in een kas kunnen injecteren om de plantengroei te stimuleren. We hebben gehoord van ruimtetechnologiebedrijven die geïnteresseerd zijn in het gebruik van het apparaat op ruimtestations om de uitgeademde kooldioxide van astronauten te verwijderen.”

De reactor bestaat uit een kathode die is opgezet om zuurstofreductie uit te voeren, een anode die een zuurstofontwikkelingsreactie uitvoert en een compacte maar poreuze vaste-elektrolytlaag die een efficiënte ionengeleiding mogelijk maakt. Een eerdere versie van de reactor werd gebruikt om kooldioxide om te zetten in zuivere vloeibare brandstoffen en om zuurstof om te zetten in zuivere waterstofperoxide-oplossingen.

“Voorheen richtte onze groep zich vooral op het gebruik van kooldioxide”, zei Zhu. “We hebben gewerkt aan het produceren van pure vloeibare producten zoals azijnzuur, mierenzuur, enz.” Volgens Wang merkte Zhu tijdens het onderzoeksproces op dat gasbellen samen met de vloeistoffen uit de middelste kamer van de reactor stroomden. “In het begin besteedden we niet veel aandacht aan dit fenomeen. Peng merkte echter op dat als we meer stroom toepasten, er meer bellen waren. Dat is een directe correlatie, wat betekent dat er iets niet willekeurig gebeurt.”

De onderzoekers realiseerden zich dat de alkalische interface die tijdens reductiereacties aan de kathodezijde van de reactor werd gegenereerd, interageerde met koolstofdioxidemoleculen om carbonaationen te vormen. De carbonaationen migreren naar de vaste-elektrolytlaag van de reactor, waar ze zich combineren met protonen die het resultaat zijn van wateroxidatie aan de anodezijde, waardoor een continue stroom van zeer zuiver koolstofdioxide ontstaat.