211service.com
Material kan fånga upp CO2 och göra det användbart
Fastän framsteg har gjorts för att begränsa koldioxidutsläppen i vissa länder, särskilt i Europa och Nordamerika, är det tydligt att hitta sätt att fånga upp koldioxid från skorstenar – eller från atmosfären – blir allt viktigare. Tillgängliga system ökar dramatiskt kostnaden för el från anläggningar utrustade med tekniken. Och vad man ska göra med all den koldioxiden efter att den har separerats är fortfarande problematiskt.
Den intrikata, mycket porösa strukturen hos kovalenta organiska ramverk gör dem unikt lämpade för att fånga upp koldioxid.
Nu har ett team av forskare vid Lawrence Berkeley National Laboratory och University of California, Berkeley, utarbetat en metod som använder superporösa molekylära strukturer som kallas kovalenta organiska ramverk , med katalysatorer för att omvandla koldioxiden till kolmonoxid, som kan användas för att tillverka en rad material inklusive bränslen, plaster och till och med läkemedel.
De nya materialen, säger Chris Chang, en kemist vid Berkeley Labs Chemical Sciences Division och en av medledarna i forskargruppen, är baserade på en mycket stabil, porös struktur som är dekorerad med alla dessa katalysatorer. Även om det är forskning på ett tidigt stadium och långt ifrån redo att skala upp till kraftverksnivåer, är det ett viktigt steg mot att hitta praktiska sätt att absorbera och använda koldioxid i både avfallsströmmar och luften.
Genom att bädda in ramarna med kemiska katalysatorer kan de omvandla koldioxid till kolmonoxid, som kan användas som utgångsmaterial för användbara kemikalier.
Utvecklades först i mitten av 2000-talet av Omar Yaghi , nu professor i kemi vid UC Berkeley och meddirektör för Kavli Energy NanoSciences Institute , kovalenta organiska ramverk är invecklade, mycket porösa kristaller som har en rad potentiella tillämpningar inom gaslagring, fotonik och olika kemiska processer. De är särskilt värdefulla som kolinfångningsmaterial eftersom de fungerar i närvaro av vatten, vilket innebär att du kan eliminera de giftiga organiska lösningsmedel som används i andra former av kolavskiljning; du fixar inte längre ett problem och skapar ett annat, som Yaghi uttrycker det.
Att fånga upp kolet är hälften av lösningen; att förvandla det till användbara material är den andra halvan. Utmaningen har alltid varit, skulle du kunna omvandla det till något utgångsmaterial som kan användas som råvara för användbara kemikalier? säger Yaghi. Detta arbete är det första steget mot den utmaningen.
Arbetet med kolavskiljning från kraftverkens avfallsströmmar har avstannat de senaste åren (se What Carbon Capture Can’t Do). Nuvarande tillvägagångssätt fokuserar på infångning efter förbränning, vanligtvis med användning av aminbaserade lösningsmedel; förförbränningsmetoder, såsom förgasning av kol innan det bränns; och oxy-combustion, som bränner kol i rent syre snarare än luft. Alla är effektiva, men de är dyra och ineffektiva. Och ingen kommer att fungera för att ta bort kol från atmosfären (se Kan det verkligen fungera att suga ut CO2 ur atmosfären? ).
Arbete med nya tekniker, som Yaghi och Changs och deras teams forskning, kan öppna nya vägar för att göra kolavskiljning mer genomförbar. En begränsning är att katalysen kräver energi: systemet för att fånga och omvandla koldioxid skulle alltså självt förbruka elektricitet. Chang säger att ett mål är att länka samman enheter för kolavskiljning och omvandling med solpaneler.
Att fånga kol selektivt är en skrämmande utmaning, säger Yaghi. Och att omvandla det till ett användbart material bidrar till det. För fem år sedan kunde vi inte ha sagt att vi kunde göra det. Nu skulle jag inte säga att vi har löst det, men vi är nu i en position att säga att detta är genomförbart.