Wetenschappers van het Oak Ridge National Laboratory (ORNL) van het Department of Energy hebben een proces ontwikkeld dat CO2 verwijdert uit de uitstoot van kolengestookte elektriciteitscentrales op een manier die vergelijkbaar is met hoe sodakalk werkt in duikrebreathers. Hun onderzoek, gepubliceerd op 31 januari in het tijdschrift Chemo , biedt een alternatieve maar eenvoudigere strategie voor het afvangen van koolstof en vereist 24% minder energie dan industriële benchmarkoplossingen.

Natronkalk is een vast, gebroken wit mengsel van calcium- en natriumhydroxide dat wordt gebruikt in scuba-rebreathers, onderzeeërs, anesthesie, en andere gesloten ademhalingsomgevingen om de giftige ophoping van CO2-gas te voorkomen. Het mengsel werkt als een sorptiemiddel (een stof die andere moleculen verzamelt), verandert in calciumcarbonaat (kalksteen) terwijl het CO2 verzamelt. De CO2-scrubber van het ORNL-team werkt in wezen op dezelfde manier om het CO2-rijke rookgas dat vrijkomt door kolencentrales te behandelen, hoewel het bevorderen van koolstofafvangtechnologie niet altijd hun doel was.

"We zijn in eerste instantie per ongeluk op dit onderzoek gestuit, " zegt senior auteur Radu Custelcean, een onderzoeker bij ORNL.

Custelcean en zijn team hebben onlangs een klasse van organische verbindingen "herontdekt", genaamd bis-iminoguanidines (BIG's), die voor het eerst werden gerapporteerd door Duitse wetenschappers aan het begin van de 20e eeuw en recentelijk bekend stonden om hun vermogen om selectief anionen (negatief geladen ionen) te binden. De teamleden realiseerden zich dat het vermogen van de verbindingen om anionen te binden en te scheiden, kan worden toegepast op bicarbonaatanionen, waardoor ze een CO2-scheidingscyclus ontwikkelden met behulp van een waterige BIG-oplossing. Met hun koolstofafvangmethode, rookgas wordt door de oplossing geborreld, waardoor CO2-moleculen aan het BIG-sorptiemiddel blijven kleven en kristalliseren tot een soort organische kalksteen. Deze vaste stof kan vervolgens uit de oplossing worden gefilterd en worden verwarmd tot 120 ° C om de CO2 vrij te maken, zodat deze naar permanente opslag kan worden gestuurd. Het vaste sorptiemiddel kan vervolgens worden opgelost in water en voor onbepaalde tijd opnieuw worden gebruikt in het proces.

State-of-the-art technologieën voor het opvangen van koolstof hebben grote tekortkomingen. Velen gebruiken vloeibare sorptiemiddelen, die in de loop van de tijd verdampen of ontleden en vereisen dat meer dan 60% van de regeneratie-energie wordt besteed aan het verwarmen van het sorptiemiddel. Omdat hun aanpak bestaat uit het opvangen van CO2 als een gekristalliseerd bicarbonaatzout en het vrijgeven uit de vaste toestand in plaats van een vloeibaar sorptiemiddel te verwarmen, de technologie van het ORNL-team omzeilt deze problemen. Hun draai aan het afvangen van koolstof vereist 24% minder energie dan industriële benchmarksorptiemiddelen. Plus, het team constateerde bijna geen verlies van sorptiemiddel na tien opeenvolgende cycli.

"Het belangrijkste voordeel van onze 'biologische natronkalk' is dat het kan worden geregenereerd bij veel lagere temperaturen en met aanzienlijk minder energieverbruik in vergelijking met anorganische wassers, ", zegt Custelcean. "De lagere energie die nodig is voor regeneratie zal naar verwachting de kosten van koolstofafvang aanzienlijk verlagen, wat van cruciaal belang is, aangezien er elk jaar miljarden tonnen CO2 moeten worden afgevangen om een ​​meetbare impact op het klimaat te hebben."

Hoewel het nog in de beginfase is, Custelcean en zijn team geloven dat het proces uiteindelijk schaalbaar zal zijn. Echter, de techniek heeft wel te maken met een verkeersdrempel:de relatief lage CO2-capaciteit en absorptiesnelheid, die voortkomen uit de beperkte oplosbaarheid van het BIG-sorptiemiddel in water.

"We pakken deze problemen momenteel aan door het BIG-sorptiemiddel te combineren met traditionele sorptiemiddelen, zoals aminozuren, om de capaciteit en absorptiesnelheid te verbeteren, ", zegt Custelcean. "We passen het proces ook aan, zodat het op een energie-efficiënte en kosteneffectieve manier kan worden toegepast op CO2-afscheiding rechtstreeks uit de atmosfeer."