Brændstof ud af den blå luft:Ny vej til opsamling og opgradering af CO2

Et forskerhold fra U of T Engineering har udviklet en ny elektrokemisk vej til at transformere CO ₂ værdifulde produkter som f.eks. flybrændstof eller plast. Teknologien kan forbedre økonomien i at opsamle og genanvende kulstof markant fra luften markant.

"I dag, det er teknisk muligt at fange CO ₂ fra luften og gennem en række trin, konvertere det til kommercielle produkter, "siger professor Ted Sargent, der ledede forskergruppen." Udfordringen er, at det kræver meget energi at gøre det, hvilket øger omkostningerne og sænker incitamentet. Vores strategi øger den samlede energieffektivitet ved at undgå nogle af de mere energikrævende tab. "

Direkte luft-kulfangst er en ny teknologi, hvor virksomheder sigter mod at producere brændstoffer eller plast af kulstof, der allerede er i atmosfæren, frem for fossile brændstoffer. Canadiske firma Carbon Engineering, som har bygget et pilotanlæg i Squamish, B.C., fanger CO ₂ ved at tvinge luft gennem en alkalisk flydende opløsning. CO ₂ opløses i væsken, danner et stof kaldet carbonat.

For at blive genbrugt fuldt ud, det opløste carbonat vendes normalt tilbage til CO ₂ gas, og derefter til kemiske byggesten, der danner grundlag for brændstoffer og plast. En måde at gøre dette på er at tilføje kemikalier, der omdanner carbonatet til et fast salt. Dette saltpulver opvarmes derefter ved temperaturer over 900 C for at producere CO ₂ gas, der kan undergå yderligere transformationer. Den energi, der kræves til denne opvarmning, øger omkostningerne ved de resulterende produkter.

U of T Engineering -teamets alternative metode anvender en elektrolysator, en enhed, der bruger elektricitet til at drive en kemisk reaktion. Efter tidligere at have brugt elektrolysatorer til at producere brint fra vand, de indså, at de også kunne bruges til at omdanne opløst carbonat direkte tilbage til CO ₂ , springer det mellemliggende opvarmningstrin helt over.

"Vi brugte en bipolar membran, et nyt elektrolyserdesign, der er fantastisk til at generere protoner, "siger Geonhui Lee, der sammen med postdoktor Y. Chris Li er blandt hovedforfatterne til et nyt papir i ACS Energy Letters som beskriver teknikken. "Disse protoner var præcis, hvad vi havde brug for for at omdanne carbonatet til CO ₂ gas."

Deres elektrolysator indeholder også en sølvbaseret katalysator, der straks omdanner CO ₂ produceret til en gasblanding kendt som syngas. Syngas er et almindeligt kemisk råstof til den veletablerede Fischer-Tropsch-proces, og kan let omdannes til en lang række produkter, herunder jetbrændstof og plastforstadier.

"Dette er den første kendte proces, der kan gå hele vejen fra carbonat til syngas i et enkelt trin, "siger Sargent.

Mens mange typer elektrolysatorer er blevet brugt til at omdanne CO ₂ i kemiske byggesten, ingen af ​​dem kan håndtere carbonat effektivt. Desuden, det faktum, at CO ₂ opløst i væske bliver til carbonat, så let er et stort problem for eksisterende teknologier.

"Når CO ₂ bliver til carbonat, det bliver utilgængeligt for traditionelle elektrolysatorer, "siger Li." Det er en del af grunden til, at de har lave udbytter og lav effektivitet. Vores system er unikt, fordi det opnår 100% kulstofudnyttelse:intet kul går til spilde. Det genererer også syngas som et enkelt produkt i stikkontakten, minimere omkostningerne ved produktrensning. "

I laboratoriet, holdet demonstrerede evnen til at omdanne carbonat til syngas med en samlet energieffektivitet på 35%, og elektrolysatoren forblev stabil i mere end seks dages drift.

Sargent siger, at der vil være behov for mere arbejde for at skalere processen til de niveauer, der er nødvendige for industriel anvendelse, men at proof-of-concept undersøgelsen demonstrerer en levedygtig alternativ vej til direkte luft-kulfangst og udnyttelse.

"Det går langt i retning af at besvare spørgsmålet om, hvorvidt det nogensinde vil være muligt at bruge luftfanget CO ₂ på en kommercielt overbevisende måde, "siger han." Dette er et vigtigt skridt mod at lukke kulstofsløjfen. "