Bekostelig gasseparation er muligvis ikke nødvendig for at genanvende CO₂ fra luft og industrianlæg

Et dyrt trin i processen med at tage kuldioxidemissioner og omdanne dem til nyttige produkter såsom biobrændstoffer og lægemidler er muligvis ikke nødvendigt, ifølge forskere fra University of Michigan.

Artiklen er publiceret i tidsskriftet Environmental Science:Nano .

Kuldioxid i jordens atmosfære er en central drivkraft for klimaændringer, hvor afbrænding af fossile brændstoffer tegner sig for 90 % af al CO₂ emissioner. Nye EPA-regler, der blev indført i april, opfordrer fossile brændstoffer til at reducere deres drivhusgasemissioner med 90 % inden 2039.

Mange forskere hævder, at lagring af CO₂ ville være spild, når der skal kulstof til at lave mange produkter, vi er afhængige af dagligt, såsom tøj, parfume, jetbrændstof, beton og plastik. Men genanvendelse af CO₂ kræver typisk, at det adskilles fra andre gasser - en proces med et prisskilt, der kan være uoverkommeligt.

Nu kan nye slags elektroder, forbedret med en belægning af bakterier, springe det trin over. Mens konventionelle metalelektroder reagerer med svovl, oxygen og andre komponenter i luft og røggasser, virker bakterierne mindre følsomme over for dem.

"Mikroberne på disse elektroder, eller biokatalysatorer, kan bruge mindre koncentrationer af CO₂ og virker mere robuste med hensyn til håndtering af urenheder sammenlignet med elektroder, der bruger metalkatalysatorer," sagde Joshua Jack, UM-assistentprofessor i civil- og miljøteknik og førsteforfatter af papiret på forsiden af ​​Environmental Science Nano.

"Platforme, der bruger metaller, ser ud til at være meget mere følsomme over for urenheder og har ofte brug for højere CO₂ koncentrationer til at arbejde. Så hvis du ville tage CO₂ direkte ud af kraftværkernes emissioner, kan den biotiske katalysator muligvis gøre det med minimal oprensning af den gas."

Fordi CO₂ er et af de mest stabile molekyler, at få kulstoffet væk fra ilten kræver meget energi, leveret i form af elektricitet. For eksempel fjerner metalelektroder et af oxygenatomerne, hvilket resulterer i carbonmonoxid, som kan tilføres yderligere reaktioner for at fremstille nyttige kemikalier. Men andre molekyler kan også reagere med disse elektroner.

Mikroberne kan derimod være meget mere målrettede. De arbejder ikke kun sammen om at fjerne ilt, men med hjælp fra elektroner leveret af elektroden begynder de også at opbygge kulstoffet til mere komplekse molekyler.

For at vurdere de potentielle omkostningsbesparelser ved at bruge biokatalysatorer til at springe gasseparationstrinnet over, analyserede Jacks team data fra tidligere undersøgelser og etablerede effektivitetsrater for konvertering af forskellige affaldsgasser indeholdende CO₂ . De brugte derefter disse data til at vurdere CO2-fodaftrykket og produktionsomkostningerne for forskellige CO₂ -afledte produkter.

Resultaterne viste, at brug af vedvarende elektricitet, som solceller, med en koncentreret CO₂ kilde, uden gasadskillelse, giver det laveste CO2-fodaftryk og mest omkostningseffektive produkter.

Men dette ideelle scenarie er kun muligt for særligt ren og koncentreret CO₂ kilder, såsom fra fermentering på bioethanolanlæg. Adskillelse af CO₂ fra røggasser ved afbrænding af fossile brændstoffer kan koste $40 til $100 pr. ton CO₂ . Og for usædvanligt fortyndede kilder såsom almindelig luft kan omkostningerne nå op på $300 til $1.000 pr. ton.

Analysen viste, at ved at bruge affaldsgasser eller luft direkte genanvendes CO₂ fra fortyndede kilder kunne blive økonomisk rentabel.

"Vores håb er at fremskynde skalerbarheden af ​​CO₂ konverteringsteknologier for at afbøde klimaændringer og forbedre kulstofcirkulariteten," sagde Jack. "Vi ønsker hurtigt at dekarbonisere energi og nu endda den kemiske industri, i en meget hurtigere tidsramme."

Flere oplysninger: Joshua Jack et al, Elektrificeret CO2-valorisering i nye nanoteknologier:en teknisk analyse af gasråmaterialers renhed og nanomaterialer i elektrokatalytisk og bio-elektrokatalytisk CO2-konvertering, Environmental Science:Nano (2024). DOI:10.1039/D3EN00912B

Leveret af University of Michigan