Ingeniører finder en smart måde at omdanne affaldskuldioxid til nyttigt materiale

Kemiske ingeniører fra UNSW Sydney har udviklet ny teknologi, der hjælper med at omdanne skadelige kuldioxidemissioner til kemiske byggesten for at lave nyttige industrielle produkter som brændstof og plastik.

Og hvis valideret i en industriel setting og vedtaget i stor skala, processen kan give verden pusterum, når den går over i en grøn økonomi.

I et papir offentliggjort i dag i tidsskriftet Avancerede energimaterialer , Dr. Rahman Daiyan og Dr. Emma Lovell fra UNSW's School of Chemical Engineering beskriver en måde at skabe nanopartikler på, der fremmer omdannelsen af ​​affaldskuldioxid til nyttige industrielle komponenter.

Åben ild

Forskerne, som udførte deres arbejde i partikel- og katalyseforskningslaboratoriet ledet af Scientia-professor Rose Amal, viser, at ved at fremstille zinkoxid ved meget høje temperaturer ved hjælp af en teknik kaldet flammespraypyrolyse (FSP), de kan skabe nanopartikler, der fungerer som katalysatoren for at omdanne kuldioxid til 'syngas' - en blanding af brint og kulilte, der bruges til fremstilling af industriprodukter. Forskerne siger, at denne metode er billigere og mere skalerbar til kravene fra den tunge industri, end hvad der er tilgængeligt i dag.

"Vi brugte åben ild, som brænder ved 2000 grader, at skabe nanopartikler af zinkoxid, som derefter kan bruges til at omdanne CO ₂ , ved at bruge elektricitet, ind i syngas, " siger Dr. Lovell.

"Syngas betragtes ofte som den kemiske ækvivalent til Lego, fordi de to byggesten - brint og kulilte - kan bruges i forskellige forhold til at lave ting som syntetisk diesel, methanol, alkohol eller plastik, som er meget vigtige industrielle forløbere.

"Så i bund og grund er det, vi gør, at omdanne CO ₂ ind i disse forstadier, der kan bruges til at fremstille alle disse vitale industrielle kemikalier."

Lukning af løkken

I industrielle omgivelser, en elektrolysator indeholdende de FSP-producerede zinkoxidpartikler kunne bruges til at omdanne affalds-CO ₂ til nyttige permutationer af syngas, siger Dr. Daiyan.

"Affald CO ₂ fra sige, et kraftværk eller cementfabrik, kan føres gennem denne elektrolysator, og indeni har vi vores flammesprøjtede zinkoxidmateriale i form af en elektrode. Når vi passerer affaldet CO ₂ i, det behandles ved hjælp af elektricitet og frigives fra en stikkontakt som syngas i en blanding af CO og brint, " han siger.

Forskerne siger faktisk, de lukker kulstofkredsløbet i industrielle processer, der skaber skadelige drivhusgasser. Og ved at lave små justeringer af den måde, nanopartiklerne forbrændes af FSP-teknikken, de kan bestemme den endelige blanding af de syngasbyggesten, der produceres af kuldioxidomdannelsen.

"I øjeblikket genererer du syngas ved at bruge naturgas - så fra fossile brændstoffer, " Dr. Daiyan siger. "Men vi bruger affaldskuldioxid og konverterer det derefter til syngas i et forhold, der afhænger af, hvilken industri du vil bruge det i."

For eksempel, et et til et forhold mellem kulilte og brint egner sig til syngas, der kan bruges som brændstof. Men et forhold på fire dele kulilte og en del brint er velegnet til fremstilling af plastik, Dr. Daiyan siger.

Billig og tilgængelig

Ved at vælge zinkoxid som deres katalysator, forskerne har sikret sig, at deres løsning er forblevet et billigere alternativ til det, der tidligere er blevet forsøgt i dette rum.

"Tidligere forsøg har brugt dyre materialer som palladium, men dette er det første tilfælde, hvor et meget billigt og rigeligt materiale, udvundet lokalt i Australien, er blevet anvendt med succes på problemet med omdannelse af kuldioxid affald, " siger Dr. Daiyan.

Dr. Lovell tilføjer, at det, der også gør denne metode tiltalende, er at bruge FSP-flammesystemet til at skabe og kontrollere disse værdifulde materialer.

"Det betyder, at det kan bruges industrielt, det kan skaleres, det er super hurtigt at lave materialerne og meget effektivt, " hun siger.

"Vi behøver ikke bekymre os om komplicerede synteseteknikker, der bruger virkelig dyre metaller og forstadier - vi kan brænde det og på 10 minutter have disse partikler klar til at gå. Og ved at kontrollere, hvordan vi brænder det, vi kan kontrollere disse forhold mellem ønskede syngasbyggeblokke."

Opskalere

Mens duoen allerede har bygget en elektrolyser, der er blevet testet med affalds-CO ₂ gas, der indeholder forurenende stoffer, at skalere teknologien op til det punkt, hvor den kan omdanne alt det kuldioxidaffald, der udsendes fra et kraftværk, er stadig et stykke hen ad vejen.

"Ideen er, at vi kan tage en punktkilde til CO ₂ , såsom et kulfyret kraftværk, et gaskraftværk, eller endda en naturgasmine, hvor du frigiver en enorm mængde ren CO ₂ og vi kan i det væsentlige eftermontere denne teknologi i bagenden af ​​disse anlæg. Så kunne du fange den producerede CO ₂ og konvertere det til noget, der er enormt værdifuldt for industrien, " siger Dr. Lovell.

Gruppens næste projekt bliver at teste deres nanomaterialer i røggasmiljøer for at sikre, at de er tolerante over for de barske forhold og andre kemikalier, der findes i industriel affaldsgas.