Oprydning af CO2 -emissioner kan være millioner værd

(Phys.org) - Når de fleste mennesker hører udtrykket "CO ₂ emissioner, "de tænker sandsynligvis på flere negative ting:drivhusgas, forurenende stof, klima forandring, politisk uenighed, økonomisk byrde. Men et team af forskere under ledelse af Stuart Licht, en kemiprofessor ved George Washington University, har en vision om at transformere CO ₂ emissioner fra et forurenende stof til en værdifuld ressource – alt imens der skabes et potentielt stort nettooverskud.

I en ny undersøgelse offentliggjort i Materialer i dag Energi , forskerne har vist, at de kan bruge CO ₂ og solvarmeenergi til at producere høje udbytter af millimeter-længde carbon nanorør (CNT) uld til en pris på kun $660 pr. ton. Markedsværdien af ​​lange CNT'er som disse - som kan væves ind i tekstiler for at fremstille metaller, cement udskiftninger, og andet materiale - er i øjeblikket $ 100, 000- $ 400, 000 pr. Ton.

"Vi har introduceret en ny klasse af materialer kaldet 'Carbon Nanotube Wool, 'som er de første CNT'er, der kan væves direkte i en klud, da de er af makroskopisk længde og er billige at producere, "Fortalte Licht Phys.org . "Den eneste reaktant til at producere CNT-ulden er drivhusgassen kuldioxid."

Forskerne håber, at den nye teknologi, kaldet C2CNT (CO ₂ til CNT'er), vil tilbyde et uomtvisteligt økonomisk incitament til at fjerne overskydende CO ₂ fra atmosfæren. De beregner det, hvis de skulle oprette solvarmestationer over et område svarende til 4% af Sahara-ørkenen, de kunne reducere CO ₂ koncentration af atmosfæren tilbage til præindustrielt niveau om 10 år. De bemærker, at en mere realistisk implementering ville være at oprette stationer på havene, hvor der er mere ledigt areal.

Den nye undersøgelse bygger på forskernes tidligere forskning, der går tilbage til 2010, da de først foreslog ideen om en solar termisk elektrokemisk proces (STEP), hvor solenergi bruges til at drive en elektrolysecelle. Denne celle fanger og nedbryder, eller elektrolyserer, atmosfærisk CO ₂ til kulstof eller kulilte og ilt. Kulstofbiprodukterne kan derefter bruges til at syntetisere forskellige produkter, såsom metan, syngas, og ammoniak. Selvom det er nyttigt, disse produkter er vurderet til omkring $100 pr. ton, og så er ikke nær så værdifulde som CNT'er.

Syntetisering af CNT'er fra CO ₂ emissioner har vist sig at være mere udfordrende, med noget tidligere forskning, der tyder på, at det kan være umuligt at producere CNT'er ved elektrolyse ved hjælp af smeltet lithiumcarbonat, som er den forbindelse, der anvendes i STEP-processen til at nukleere væksten af ​​kulstofprodukterne. Imidlertid, i 2015, Licht og hans team demonstrerede for første gang muligheden for et højt udbytte, lavenergi elektrolytisk spaltning af CO ₂ ind i CNT'er, som bruger en alternativ vækstmekanisme med smeltet lithiumcarbonat.

En ulempe ved denne proces, imidlertid, er, at de CNT'er, den producerer, er i nanometer (mindre end 100 mikrometer lange), som er for kort til at blive vævet ind i tekstiler. Hovedresultatet af den nye undersøgelse er, at CNT'erne er 100 gange længere, som opnås ved at udskifte kobber- eller stålkatoderne på den elektrolytiske celle med Monel, en type nikkel-kobber-legering. Ved at foretage denne ændring og omhyggeligt justere andre parametre, forskerne producerede CNT'er med diametre på mere end 1 mikrometer og længder på mere end 1 millimeter - hvilket, de påpeger, rejser spørgsmålet om, hvorvidt CNT'erne rent faktisk skal klassificeres som "nanomaterialer". Under alle omstændigheder, de uldlignende CNT'er er lange nok til at blive vævet i tekstiler til forskellige anvendelser.

"Billig, vævbar CNT-uld er foretrukne erstatninger for konventionelle stål- og aluminiumsapplikationer, på grund af CNT -uldens lette vægt, styrke-til-masse fordel, " sagde Licht. "Ud over tekstiler, CNT-uld tjener som foretrukne tilsætningsstoffer til at formulere spræng- og brudbestandig cement og keramik. Andre anvendelser af stærkere end stål, stærkt ledende CNT-klud er skudsikre CNT-dragter og taser-sikre dragter."

© 2017 Phys.org