Koolstofafvang kan de kolencentrales van het land helpen de uitstoot van broeikasgassen te verminderen, maar economische uitdagingen zijn een deel van de reden waarom de technologie tegenwoordig niet veel wordt gebruikt. Dat zou kunnen veranderen als elektriciteitscentrales gevangen koolstof in een bruikbaar product zouden kunnen omzetten.

Wetenschappers van het Idaho National Laboratory van het Amerikaanse ministerie van Energie hebben een efficiënt proces ontwikkeld om opgevangen koolstofdioxide om te zetten in syngas, een mengsel van H2 en CO dat kan worden gebruikt om brandstoffen en chemicaliën te maken. Het team heeft zijn resultaten gepubliceerd in Groene chemie , een publicatie van de Royal Society of Chemistry .

Traditionele benaderingen voor het hergebruik van de koolstof uit CO2 omvatten een reductiestap die hoge temperaturen en drukken vereist. Bij lagere temperaturen, de CO2 blijft niet lang genoeg in water opgelost om nuttig te zijn. Het proces dat bij INL is ontwikkeld, pakt deze uitdaging aan door gespecialiseerde vloeibare materialen te gebruiken die de CO2 beter oplosbaar maken en het mogelijk maken dat het koolstofopvangmedium rechtstreeks in een cel wordt geïntroduceerd voor elektrochemische omzetting in syngas.

"Voor het eerst werd aangetoond dat syngas direct kan worden geproduceerd uit afgevangen CO2 - waardoor stroomafwaartse scheidingen niet meer nodig zijn, ’ schreven de onderzoekers in de Green Chemistry-paper.

Het nieuw beschreven proces maakt gebruik van oplosmiddelen met omschakelbare polariteit (SPS), vloeibare materialen die van polariteit kunnen veranderen bij blootstelling aan een chemisch agens. Deze eigenschap maakt het mogelijk om te bepalen welke moleculen in het oplosmiddel zullen oplossen.

In een elektrochemische cel, wateroxidatie vindt plaats aan de anodezijde, waarbij O2-gas en waterstofionen vrijkomen die vervolgens door een membraan naar de kathodezijde migreren. Daar, de waterstofionen reageren met bicarbonaat (HCO3-, de vorm waarin CO2 wordt afgevangen in de BTR), waardoor CO2 vrijkomt voor elektrochemische reductie en vorming van syngas. Bij het vrijkomen van CO2, de SPS schakelt de polariteit terug naar een in water onoplosbare vorm, waardoor het herstel en hergebruik van de koolstofopvangmedia mogelijk wordt.

Luis Díaz Aldana, hoofdonderzoeker van het experiment, en Tedd Lister, een van de onderzoekers, elektrochemisch onderzoek doen bij INL. in 2015, tijdens een lunch met collega's Eric Dufek en Aaron Wilson, ze kwamen op het idee om oplosmiddelen met schakelbare polariteit te gebruiken om CO2 om te zetten in syngas.

Het team ontving in 2017 fondsen voor laboratoriumgericht onderzoek en ontwikkeling. Hoe veelbelovend het idee ook was, in de eerste experimenten, er werd te veel waterstof en te weinig syngas geproduceerd. De resultaten verbeterden toen het team een ​​ondersteunende elektrolyt introduceerde om de ionische geleidbaarheid te verhogen. Toevoeging van kaliumsulfaat verhoogde de geleidbaarheid van elektrolyten met 47 procent, die de efficiënte productie van syngas mogelijk maakte.

Wanneer syngas kan worden geproduceerd uit afgevangen CO2 bij significante stroomdichtheden, het verhoogt de proceskansen voor industriële toepassing. In tegenstelling tot andere processen die hoge temperaturen en hoge drukken vereisen, het op SPS gebaseerde proces liet de beste resultaten zien bij 25 graden C en 40 psi.

Het team van INL heeft een voorlopig patent aangevraagd en bespreekt de aanpak met een bedrijf uit de regio Boston dat betrokken is bij onderzoek en ontwikkeling op het gebied van elektrochemische technologie. aldus Lister.

"Het integreert twee gebieden die zich op parallelle sporen bevonden:koolstofafvang en -vastlegging (CCS) en CO2-gebruik, " zei Diaz Aldana. "Het probleem met CCS is de economische haalbaarheid ervan. Als je wat extra waarde kunt halen uit de CO2 die je afvangt, het is een ander verhaal."