MIT-onderzoekers hebben een nieuw systeem ontwikkeld dat mogelijk kan worden gebruikt voor het omzetten van kooldioxide-emissies in elektriciteitscentrales in bruikbare brandstoffen voor auto's, vrachtwagens, en vliegtuigen, evenals in chemische grondstoffen voor een breed scala aan producten.

Het nieuwe membraangebaseerde systeem is ontwikkeld door MIT-postdoc Xiao-Yu Wu en Ahmed Ghoniem, de Ronald C. Crane hoogleraar Werktuigbouwkunde, en wordt beschreven in een artikel in het tijdschrift ChemSusChem . het membraan, gemaakt van een verbinding van lanthaan, calcium, en ijzeroxide, laat zuurstof uit een stroom kooldioxide door naar de andere kant, koolmonoxide achterlatend. andere verbindingen, bekend als gemengde ionische elektronische geleiders, worden ook overwogen in hun laboratorium voor gebruik in meerdere toepassingen, waaronder de productie van zuurstof en waterstof.

Koolmonoxide dat tijdens dit proces wordt geproduceerd, kan op zichzelf worden gebruikt als brandstof of in combinatie met waterstof en/of water om vele andere vloeibare koolwaterstofbrandstoffen te maken, evenals chemicaliën, waaronder methanol (gebruikt als brandstof voor auto's), syngas, enzovoort. Het lab van Ghoniem onderzoekt enkele van deze opties. Dit proces zou onderdeel kunnen worden van de reeks technologieën die bekend staan ​​als koolstofafvang, gebruik, en opslag, of CCUS, die, indien toegepast op elektriciteitsproductie, de impact van het gebruik van fossiele brandstoffen op de opwarming van de aarde zou kunnen verminderen.

het membraan, met een structuur die bekend staat als perovskiet, is "100 procent selectief voor zuurstof, " alleen die atomen doorlaten, legt Wu uit. De scheiding wordt aangedreven door temperaturen tot 990 graden Celsius, en de sleutel om het proces te laten werken, is om de zuurstof die zich afscheidt van koolstofdioxide door het membraan te laten stromen totdat het de andere kant bereikt. Dit kan worden gedaan door een vacuüm te creëren aan de kant van het membraan tegenover de kooldioxidestroom, maar dat kost veel energie om te onderhouden.

In plaats van een vacuüm, de onderzoekers gebruiken een stroom brandstof zoals waterstof of methaan. Deze materialen worden zo gemakkelijk geoxideerd dat ze de zuurstofatomen daadwerkelijk door het membraan trekken zonder dat er een drukverschil nodig is. Het membraan voorkomt ook dat de zuurstof terug migreert en recombineert met het koolmonoxide, om opnieuw koolstofdioxide te vormen. uiteindelijk, en afhankelijk van de toepassing, een combinatie van wat vacuüm en wat brandstof kan worden gebruikt om de energie te verminderen die nodig is om het proces aan te drijven en een bruikbaar product te produceren.

De energie-input die nodig is om het proces gaande te houden, Wu zegt, is warmte, die kunnen worden geleverd door zonne-energie of door restwarmte, waarvan sommige afkomstig kunnen zijn van de energiecentrale zelf en andere van andere bronnen. Eigenlijk, het proces maakt het mogelijk om die warmte in chemische vorm op te slaan, voor gebruik wanneer het nodig is. Chemische energieopslag heeft een zeer hoge energiedichtheid - de hoeveelheid energie die is opgeslagen voor een bepaald gewicht aan materiaal - in vergelijking met veel andere opslagvormen.

Op dit punt, Wu zegt, hij en Ghoniem hebben aangetoond dat het proces werkt. Lopend onderzoek onderzoekt hoe de zuurstofstroom door het membraan kan worden verhoogd, misschien door het materiaal te veranderen dat is gebruikt om het membraan te bouwen, het veranderen van de geometrie van de oppervlakken, of het toevoegen van katalysatormaterialen op de oppervlakken. De onderzoekers werken ook aan de integratie van het membraan in werkende reactoren en het koppelen van de reactor aan het brandstofproductiesysteem. Ze onderzoeken hoe deze methode kan worden opgeschaald en hoe deze zich verhoudt tot andere benaderingen voor het opvangen en omzetten van kooldioxide-emissies, in termen van zowel de kosten als de effecten op de algemene werking van de elektriciteitscentrale.

In een aardgascentrale waar de groep van Ghoniem en anderen eerder aan hebben gewerkt, Wu zegt dat het binnenkomende aardgas in twee stromen kan worden gesplitst. een die zou worden verbrand om elektriciteit op te wekken terwijl een zuivere stroom kooldioxide wordt geproduceerd, terwijl de andere stroom naar de brandstofkant van het nieuwe membraansysteem zou gaan, leveren van de zuurstof reagerende brandstofbron. Die stroom zou een tweede output van de plant produceren, een mengsel van waterstof en koolmonoxide bekend als syngas, wat een veel gebruikte industriële brandstof en grondstof is. Het syngas kan ook worden toegevoegd aan het bestaande aardgasdistributienet.

De methode kan dus niet alleen de uitstoot van broeikasgassen verminderen; het zou ook een andere potentiële inkomstenstroom kunnen opleveren om de kosten te helpen dekken.

Het proces kan werken met elk niveau van kooldioxideconcentratie, Wu zegt - ze hebben het helemaal getest van 2 procent tot 99 procent - maar hoe hoger de concentratie, hoe efficiënter het proces is. Dus, het is zeer geschikt voor de geconcentreerde outputstroom van conventionele elektriciteitscentrales die fossiele brandstoffen gebruiken of die zijn ontworpen voor het afvangen van koolstof, zoals oxy-verbrandingsinstallaties.