Ny teknik kan gøre opfanget kulstof mere værdifuldt

Kulstoffangst kan hjælpe landets kulværker med at reducere drivhusgasemissioner, alligevel er økonomiske udfordringer en del af grunden til, at teknologien ikke er meget udbredt i dag. Det kunne ændre sig, hvis kraftværker kunne forvandle opfanget kulstof til et brugbart produkt.

Forskere ved det amerikanske energiministeriums Idaho National Laboratory har udviklet en effektiv proces til at omdanne opfanget kuldioxid til syngas, en blanding af H2 og CO, der kan bruges til at lave brændstoffer og kemikalier. Holdet har offentliggjort sine resultater i Grøn Kemi , en udgivelse af Royal Society of Chemistry .

Traditionelle tilgange til genbrug af kulstof fra CO2 involverer et reduktionstrin, der kræver høje temperaturer og tryk. Ved lavere temperaturer, CO2 forbliver ikke opløst i vand længe nok til at være nyttig. Processen udviklet på INL løser denne udfordring ved at bruge specialiserede flydende materialer, der gør CO2 mere opløselig og tillader kulstoffangstmediet at blive direkte indført i en celle til elektrokemisk omdannelse til syngas.

"For første gang blev det påvist, at syngas kan produceres direkte fra opfanget CO2 - hvilket eliminerer kravet om nedstrøms separationer, " skrev forskerne i Green Chemistry-papiret.

Den nyligt beskrevne proces bruger switchable polarity solvents (SPS), flydende materialer, der kan skifte polaritet, når de udsættes for et kemisk middel. Denne egenskab gør det muligt at kontrollere, hvilke molekyler der opløses i opløsningsmidlet.

I en elektrokemisk celle, vandoxidation sker på anodesiden, frigivelse af O2-gas og hydrogenioner, der derefter vandrer gennem en membran til katodesiden. der, hydrogenionerne reagerer med bicarbonat (HCO3-, den form, hvori CO2 opsamles i SPS), tillader frigivelse af CO2 til elektrokemisk reduktion og dannelse af syngas. Ved frigivelse af CO2, SPS skifter polaritet tilbage til en vanduopløselig form, muliggør genvinding og genbrug af kulstoffangstmediet.

Luis Diaz Aldana, hovedforsker på eksperimentet, og Tedd Lister, en af ​​forskerne, udføre elektrokemisk forskning på INL. I 2015 mens de spiste frokost med kollegerne Eric Dufek og Aaron Wilson, de ramte ideen om at bruge solventer med omskiftelige polaritet til at omdanne CO2 til syngas.

Holdet modtog laboratoriestyret forsknings- og udviklingsmidler i 2017. Hvor lovende ideen end var, i de første forsøg, der blev produceret for meget brint og ikke nok syngas. Resultaterne blev forbedret, da holdet introducerede en støttende elektrolyt for at øge den ioniske ledningsevne. Tilsætning af kaliumsulfat øgede elektrolytledningsevnen med 47 procent, som muliggjorde effektiv produktion af syngas.

Når syngas kan produceres ud fra opfanget CO2 ved betydelige strømtætheder, det øger proceschancerne til industriel anvendelse. I modsætning til andre processer, der kræver høje temperaturer og høje tryk, den SPS-baserede proces viste de bedste resultater ved 25 grader C og 40 psi.

INLs team har indgivet et foreløbigt patent og diskuterer fremgangsmåden med en virksomhed i Boston-området, der er involveret i forskning og udvikling af elektrokemisk teknologi, sagde Lister.

"Det integrerer to områder, der har været på parallelle spor:kulstoffangst og -binding (CCS) og CO2-udnyttelse, " sagde Diaz Aldana. "Problemet med CCS har været dets økonomiske gennemførlighed. Hvis du kan få noget ekstra værdi ud af den CO2, du opsamler, det er en anden historie."