Kulstofopsamlingsteknologi skrubber CO2 fra kraftværker som dykkerudstyr

Forskere ved Department of Energy's Oak Ridge National Laboratory (ORNL) har udviklet en proces, der fjerner CO2 fra kulbrændende kraftværksudledninger på en måde, der svarer til, hvordan sodakalk virker i scubadykkerrebreathers. Deres forskning, offentliggjort 31. januar i tidsskriftet Chem , tilbyder en alternativ, men enklere strategi for kulstoffangst og kræver 24 % mindre energi end industrielle benchmarkløsninger.

Sodakalk er en fast råhvid blanding af calcium- og natriumhydroxider, der bruges i scuba rebreathers, ubåde, anæstesi, og andre lukkede vejrtrækningsmiljøer for at forhindre giftig ophobning af CO2-gas. Blandingen fungerer som en sorbent (et stof, der opsamler andre molekyler), bliver til calciumcarbonat (kalksten), når det opsamler CO2. ORNL-teamets CO2-scrubber arbejder i det væsentlige på samme måde for at behandle den CO2-rige røggas, der frigives fra kulfyrede kraftværker - selvom fremme af kulstoffangstteknologi ikke altid var deres mål.

"Vi faldt først ind i denne forskning ved et tilfælde, " siger seniorforfatter Radu Custelcean, en forsker ved ORNL.

Custelcean og hans team har for nylig "genopdaget" en klasse af organiske forbindelser kaldet bis-iminoguanidiner (BIG'er), som først blev rapporteret af tyske videnskabsmænd ved begyndelsen af ​​det 20. århundrede og for nylig kendt for deres evne til selektivt at binde anioner (negativt ladede ioner). Holdmedlemmerne indså, at forbindelsernes evne til at binde og adskille anioner kunne anvendes på bikarbonatanioner, fører dem til at udvikle en CO2-separationscyklus ved hjælp af en vandig BIG-opløsning. Med deres kulstoffangstmetode, røggas bobles gennem opløsningen, får CO2-molekyler til at klæbe til den STORE sorbent og krystallisere til en slags organisk kalksten. Dette faste stof kan derefter filtreres ud af opløsningen og opvarmes til 120 grader C for at frigive CO2, så det kan sendes til permanent opbevaring. Den faste sorbent kan derefter opløses i vand og genbruges i processen på ubestemt tid.

Avancerede kulstoffangstteknologier kommer med store mangler. Mange bruger flydende sorbenter, som fordamper eller nedbrydes over tid og kræver, at mere end 60 % af regenereringsenergien bruges på opvarmning af sorbenten. Fordi deres tilgang involverer at opfange CO2 som et krystalliseret bicarbonatsalt og frigive det fra den faste tilstand i stedet for at opvarme en flydende sorbent, ORNL-teamets teknologi omgår disse problemer. Deres twist på kulstoffangst kræver 24 % mindre energi end industrielle benchmark-sorbenter. Plus, holdet observerede næsten intet tab af sorbent efter ti på hinanden følgende cyklusser.

"Den største fordel ved vores 'organiske sodakalk' er, at den kan regenereres ved meget lavere temperaturer og med et væsentligt mindre energiforbrug sammenlignet med uorganiske scrubbere, " siger Custelcean. "Den lavere energi, der kræves til regenerering, forventes at reducere omkostningerne ved kulstoffangst betydeligt, hvilket er kritisk i betragtning af, at milliarder af tons CO2 skal opfanges hvert år for at have en målbar indvirkning på klimaet."

Selvom det stadig er i de tidlige stadier, Custelcean og hans team mener, at processen i sidste ende vil være skalerbar. Imidlertid, teknikken har et vejbump at kæmpe med - dens relativt lave CO2-kapacitet og absorptionshastighed, som kommer fra den begrænsede opløselighed af BIG sorbenten i vand.

"Vi løser i øjeblikket disse problemer ved at kombinere den BIG sorbent med traditionelle sorbenter, såsom aminosyrer, at øge kapaciteten og absorptionshastigheden, " siger Custelcean. "Vi justerer også processen, så den kan anvendes til CO2-separering direkte fra atmosfæren på en energieffektiv og omkostningseffektiv måde."