Ein neuer Weg zur Abscheidung und Wiederverwertung von Kohlendioxid aus Industrieemissionen
Neue elektrochemische Zelle könnte industriellen Prozessen helfen, weniger Kohlendioxid auszustoßen
Die Kohlenstoffabscheidung ist eine vielversprechende Methode, um den Klimawandel zu verlangsamen. Bei diesem Ansatz wird Kohlendioxid (CO2) abgeschieden, bevor es in die Atmosphäre entweicht, aber der Prozess erfordert eine große Menge an Energie und Ausrüstung. Jetzt haben Forscher, die in ACS Central Science berichten, ein Abscheidesystem entwickelt, das eine elektrochemische Zelle verwendet, dieCO2 leicht aufnehmen und freisetzen kann. Das Gerät arbeitet bei Raumtemperatur und benötigt weniger Energie als herkömmliche, auf Amin basierende Kohlenstoffabscheidungssysteme.
Viele Industriezweige setzen auf Elektrifizierung, um die Kohlenstoffemissionen zu verringern, aber diese Technik ist nicht für alle Sektoren geeignet.CO2 ist beispielsweise ein natürliches Nebenprodukt bei der Zementherstellung und trägt daher selbst in hohem Maße zu den Emissionen bei. Überschüssiges Gas kann mit Kohlenstoffabscheidungstechnologien aufgefangen werden, die in der Regel auf Aminen beruhen, die den Schadstoff durch chemische Bindung an ihn "reinigen". Dies erfordert jedoch auch viel Energie, Wärme und industrielle Anlagen, die dabei noch mehr fossile Brennstoffe verbrennen können. Die Kohlenstoffabscheidung selbst könnte durch den Einsatz elektrochemischer Zellen elektrifiziert werden, und diese Geräte könnten mit erneuerbaren Energiequellen betrieben werden. Fang-Yu Kuo, Sung Eun Jerng und Betar Gallant wollten daher eine elektrochemische Zelle entwickeln, diemit minimalem Energieaufwand einfach und reversibelCO2 abscheiden kann.
Das Team entwickelte zunächst eine elektrochemische Zelle, die emittierten Kohlenstoff sowohl einfangen als auch wieder freisetzen kann, indem sie positiv geladene Kationen über ein in Dimethylsulfoxid gelöstes flüssiges Amin "schwingen" lässt. Wenn die Zelle entladen wurde, wechselwirkte ein starkes Lewis-Kation mit der Carbaminsäure, setzteCO2 freiund bildete das Carbamatamin. Wenn der Prozess umgekehrt und die Zelle geladen wurde, wurde das Kation entfernt, und die Zelle konnteCO2 einfangen und dabei die Carbaminsäure neu bilden.
Die Forscher optimierten den Ionenschwingungsprozess mit einer Kombination aus Kalium- und Zink-Ionen. In einem Zellprototyp verwendeten sie diese beiden Ionen als Basis für die Kathode und Anode der Zelle. Diese Zelle benötigte weniger Energie als andere, auf Wärme basierende Zellen und war in ersten Experimenten konkurrenzfähig mit anderen elektrochemischen Zellen. Darüber hinaus testeten sie die Langzeitstabilität des Geräts und stellten fest, dass nach mehreren Lade- und Entladezyklen fast 95 % der ursprünglichen Kapazität erhalten blieben, was beweist, dass das System machbar ist. Die Forscher sagen, dass diese Arbeit zeigt, dass eine elektrochemische Alternative möglich ist und dazu beitragen könnte, Technologien zur kontinuierlichenCO2-Abscheidung und -Freisetzung für industrielle Anwendungen praktikabler zu machen.
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