Een onderzoeksteam van U of T Engineering heeft een nieuw elektrochemisch pad ontwikkeld om CO . te transformeren ₂ in waardevolle producten zoals vliegtuigbrandstof of kunststoffen. De technologie zou de economie van het direct uit de lucht opvangen en recyclen van koolstof aanzienlijk kunnen verbeteren.

"Vandaag, het is technisch mogelijk om CO . af te vangen ₂ uit de lucht en, via een aantal stappen, omzetten in commerciële producten, ", zegt professor Ted Sargent die het onderzoeksteam leidde. "De uitdaging is dat het veel energie kost om dit te doen, wat de kosten verhoogt en de prikkel verlaagt. Onze strategie verhoogt de algehele energie-efficiëntie door enkele van de meer energie-intensieve verliezen te vermijden."

Direct-air carbon capture is een opkomende technologie waarbij bedrijven ernaar streven brandstoffen of kunststoffen te produceren uit koolstof die zich al in de atmosfeer bevindt, in plaats van uit fossiele brandstoffen. Canadees bedrijf Carbon Engineering, die een proeffabriek heeft gebouwd in Squamish, voor Christus, vangt CO . op ₂ door lucht door een alkalische vloeibare oplossing te persen. de CO ₂ lost op in de vloeistof, vorming van een stof genaamd carbonaat.

Om volledig te worden gerecycled, het opgeloste carbonaat wordt normaal weer omgezet in CO ₂ gas, en vervolgens in chemische bouwstenen die de basis vormen van brandstoffen en kunststoffen. Een manier om dit te doen is door chemicaliën toe te voegen die het carbonaat omzetten in een vast zout. Dit zoutpoeder wordt vervolgens verwarmd tot temperaturen boven 900 C om CO . te produceren ₂ gas dat verdere transformaties kan ondergaan. De energie die nodig is voor deze verwarming drijft de kosten van de resulterende producten op.

De alternatieve methode van het U of T Engineering-team past een elektrolyse toe, een apparaat dat elektriciteit gebruikt om een ​​chemische reactie op gang te brengen. Nadat ze eerder elektrolyzers hebben gebruikt om waterstof uit water te produceren, ze realiseerden zich dat ze ook konden worden gebruikt om opgelost carbonaat direct weer om te zetten in CO ₂ , de tussentijdse verwarmingsstap volledig overslaan.

"We gebruikten een bipolair membraan, een nieuw elektrolyserontwerp dat uitstekend is in het genereren van protonen, " zegt Geonhui Lee, die samen met postdoctoraal fellow Y. Chris Li een van de hoofdauteurs is van een nieuw artikel in ACS Energiebrieven die de techniek beschrijft. "Deze protonen waren precies wat we nodig hadden om het carbonaat weer om te zetten in CO ₂ gas."

Hun electrolyzer bevat ook een op zilver gebaseerde katalysator die de CO . onmiddellijk omzet ₂ geproduceerd tot een gasmengsel dat bekend staat als syngas. Syngas is een veelgebruikte chemische grondstof voor het gevestigde Fischer-Tropsch-proces, en kan gemakkelijk worden omgezet in een breed scala aan producten, inclusief vliegtuigbrandstof en kunststofprecursoren.

"Dit is het eerste bekende proces dat in één stap helemaal van carbonaat naar syngas kan gaan, ' zegt Sargent.

Hoewel er veel soorten elektrolysers zijn gebruikt om CO . om te zetten, ₂ in chemische bouwstenen, geen van hen kan effectief omgaan met carbonaat. Verder, het feit dat CO ₂ opgelost in vloeistof verandert zo gemakkelijk in carbonaat is een groot probleem voor bestaande technologieën.

"Zodra de CO ₂ verandert in carbonaat, het wordt ontoegankelijk voor traditionele elektrolyzers, ", zegt Li. "Dat is een deel van de reden waarom ze lage opbrengsten en lage efficiënties hebben. Ons systeem is uniek omdat het 100% koolstofgebruik bereikt:er wordt geen koolstof verspild. Het genereert ook syngas als een enkel product bij de uitlaat, het minimaliseren van de kosten van productzuivering."

In het labortorium, het team toonde het vermogen aan om carbonaat om te zetten in syngas met een totale energie-efficiëntie van 35%, en de elektrolyseur bleef stabiel gedurende meer dan zes dagen in bedrijf.

Sargent zegt dat er meer werk nodig zal zijn om het proces op te schalen naar de niveaus die nodig zijn voor industriële toepassing, maar dat de proof-of-concept-studie een levensvatbaar alternatief pad aantoont voor het direct afvangen en gebruiken van koolstof in de lucht.

"Het is een heel eind in de richting van het beantwoorden van de vraag of het ooit mogelijk zal zijn om in de lucht opgevangen CO . te gebruiken ₂ op een commercieel aantrekkelijke manier, " zegt hij. "Dit is een belangrijke stap in de richting van het sluiten van de koolstofkringloop."