Forskere peger på, hvordan sorberende materialer fanger og frigiver kulstof

En nøglekomponent i DAC-systemer (ambient direct air capture), der fjerner kuldioxid fra luften, er det sorberende materiale, der bruges til først at opfange kulstoffet og derefter frigive det. Visse sorberende materialer kan trække kuldioxid fra luften, når den strømmer hen over materialet. Det frigiver derefter kulstoffet, når der påføres vand. Da materialet tørrer igen, det absorberer kulstof, og så videre.

Denne elegante funktion af specifikke materialer er blevet observeret i flere år af dem, der arbejder på DAC-systemer, ligesom Klaus Lackner, en professor ved Arizona State University ved School of Sustainable Engineering and the Built Environment. Lackner har udviklet et system kaldet "MechanicalTree", der bruger sorberende materialer til at fjerne kulstof fra luften.

Nu, i et nyt blad i begyndelsen, online udgave af Joule , Lackner og hans kolleger præciserer, hvordan nogle af disse sorbentmaterialer fanger og frigiver kulstof, en konstatering, der kunne føre til et smartere design af sorbentmaterialer i hjertet af alle kulstoffjernelsessystemer.

"Vi udviklede en bedre forståelse af fugtsvingningsmekanismen for disse sorbenter ved at demonstrere den i forskellige materialer og ved at udvikle beregningsværktøjer og modeller, der forklarer konceptet, " sagde Lackner. "Vi forstår nu den effekt, der driver fugtsvinget, og denne indsigt øger rækken af ​​materialer, der kan gøre det."

Papiret beskriver detaljeret og i mikroskopisk skala, hvad der sker med det absorberende materiale, når det er tørt, det binder til kulstof i luften, og når det er vådt, det desorberer kulstoffet. Systemet blev undersøgt med kvantemekaniske simuleringer og verificeret i eksperimenter.

"Dette koncept er ikke overraskende for mig, fordi jeg har leget med det her i et årti, men fugtsvingningskonceptet er stadig meget nyt og meget forskelligt fra andre måder at påfylde og tømme en sorbent på, " forklarede Lackner. "Vi opdagede dette fænomen for 14 år siden, og i lang tid var det et mysterium om, hvordan det fungerede. Nu virker det ret indlysende."

Samlet set, Lackner tilføjede, "dette fremskridt åbner døren for flere kandidatmaterialer og rationelt design. Mange af disse materialer er langt billigere end det, der ofte bruges som sorbenter."

Medforfattere på papiret "Moisture driven CO ₂ sorbenter" er Xiaoyang Shi, Hæng Xiao og Xi Chen, fra Columbia University i New York City; og Kohei Kanamori og Akio Yonezu, fra Chuo University i Tokyo. Udover at være professor ved ASU, Lackner er direktør for Center for Negative CO2 -emissioner.

Lackner, en pioner inden for negative kulstofemissioner, har udviklet en enhed, kaldet 'MechanicalTree', der fungerer som et træ, men som er tusindvis af gange mere effektivt til at fjerne CO ₂ fra den omgivende luft. Det Mekaniske Træ, som bliver kommercialiseret af Silicon Kingdom Holdings, Dublin, Irland, tillader den opfangede gas at blive sekvestreret eller solgt til genbrug i en række forskellige applikationer, såsom syntetiske brændstoffer, forbedret oliegenvinding eller i fødevarer, drikkevare- og landbrugsindustrien.

Sorbentmaterialer til at opfange kulstoffet er kernen i Lackners enhed.

I modsætning til andre kulstoffangstteknologier, SKHs teknologi kan fjerne CO ₂ fra atmosfæren uden behov for at trække luft gennem systemet mekanisk ved hjælp af energikrævende enheder. I stedet, teknologien bruger vinden til at blæse luft gennem systemet. Dette gør den til en passiv, relativt billig og skalerbar løsning, der er kommercielt levedygtig. Hvis den implementeres i skala, teknologien kan føre til betydelige reduktioner i niveauet af CO ₂ i jordens atmosfære, hjælper med at bekæmpe den globale opvarmning.

Kuldioxid er en lugtfri, farveløs gas, der er et biprodukt af afbrænding af fossile brændstoffer og andre naturlige processer. Mennesker frigiver mere end 36 milliarder tons CO ₂ ud i atmosfæren årligt, ændrer jordens naturlige kulstofkredsløb markant. Det overskydende kulstof fanger varme og forårsager global opvarmning.

The MechanicalTree er en ny geometri, som er agnostisk over for vindretningen og kan arbejde med den rigtige sorbent til hvert sted. Hvert 'træ' indeholder en stak sorbentfyldte diske. Når den trælignende søjle er helt udstrakt og skiverne spredt fra hinanden, luftstrøm kommer i kontakt med skiveoverfladerne og CO ₂ bliver bundet. Til regenerering, skiverne sænkes inde i den nederste beholder. Inde i dette kammer, CO ₂ frigives fra sorbenten. Den frigivne gas opsamles derefter, renset, behandlet og taget til anden brug, mens diskene omplaceres for at fange mere CO ₂ .