Chemische ingenieurs van UNSW Sydney hebben nieuwe technologie ontwikkeld die helpt om schadelijke kooldioxide-emissies om te zetten in chemische bouwstenen om bruikbare industriële producten zoals brandstof en plastic te maken.

En indien gevalideerd in een industriële omgeving en op grote schaal toegepast, het proces zou de wereld ademruimte kunnen geven bij de overgang naar een groene economie.

In een artikel dat vandaag in het tijdschrift is gepubliceerd: Geavanceerde energiematerialen , Dr. Rahman Daiyan en Dr. Emma Lovell van UNSW's School of Chemical Engineering beschrijven een manier om nanodeeltjes te creëren die de omzetting van afvalkooldioxide in bruikbare industriële componenten bevorderen.

Open vlam

De onderzoekers, die hun werk uitvoerden in het Particles and Catalysis Research Laboratory onder leiding van Scientia Professor Rose Amal, laten zien dat door zinkoxide bij zeer hoge temperaturen te maken met behulp van een techniek die vlamnevelpyrolyse (FSP) wordt genoemd, ze kunnen nanodeeltjes creëren die fungeren als de katalysator voor het omzetten van koolstofdioxide in 'syngas' - een mengsel van waterstof en koolmonoxide dat wordt gebruikt bij de vervaardiging van industriële producten. De onderzoekers zeggen dat deze methode goedkoper en beter schaalbaar is voor de eisen van de zware industrie dan wat vandaag beschikbaar is.

"We gebruikten een open vlam, die brandt op 2000 graden, om nanodeeltjes van zinkoxide te maken die vervolgens kunnen worden gebruikt om CO . om te zetten ₂ , elektriciteit gebruiken, in syngas, " zegt dr. Lovell.

"Syngas wordt vaak beschouwd als het chemische equivalent van Lego omdat de twee bouwstenen - waterstof en koolmonoxide - in verschillende verhoudingen kunnen worden gebruikt om dingen als synthetische diesel te maken, methanol, alcohol of plastic, die zeer belangrijke industriële voorlopers zijn.

"Dus in wezen wat we doen is het omzetten van CO ₂ in deze voorlopers die kunnen worden gebruikt om al deze essentiële industriële chemicaliën te maken."

Het sluiten van de lus

In een industriële omgeving, een elektrolyser die de FSP-geproduceerde zinkoxidedeeltjes bevat, zou kunnen worden gebruikt om de afval-CO . om te zetten ₂ in bruikbare permutaties van syngas, zegt dr. Daiyan.

"Afval CO ₂ van zeg, een elektriciteitscentrale of cementfabriek, kan door deze elektrolyser worden geleid, en binnenin hebben we ons met vlammen gespoten zinkoxidemateriaal in de vorm van een elektrode. Wanneer we de afval CO . passeren ₂ in, het wordt verwerkt met behulp van elektriciteit en komt vrij uit een uitlaat als syngas in een mengsel van CO en waterstof, " hij zegt.

De onderzoekers zeggen in feite, ze sluiten de koolstofkringloop in industriële processen die schadelijke broeikasgassen veroorzaken. En door kleine aanpassingen te maken aan de manier waarop de nanodeeltjes worden verbrand door de FSP-techniek, zij kunnen de uiteindelijke mix van de syngasbouwstenen bepalen die door de kooldioxideomzetting worden geproduceerd.

"Momenteel wek je syngas op met aardgas, dus uit fossiele brandstoffen, " zegt Dr. Daiyan. "Maar we gebruiken afvalkooldioxide en zetten het vervolgens om in syngas in een verhouding die afhangt van de industrie waarin je het wilt gebruiken."

Bijvoorbeeld, een één-op-één verhouding tussen koolmonoxide en waterstof leent zich voor syngas dat als brandstof kan worden gebruikt. Maar een verhouding van vier delen koolmonoxide en één deel waterstof is geschikt voor het maken van kunststoffen, Dr. Daiyan zegt.

Goedkoop en toegankelijk

Bij het kiezen van zinkoxide als hun katalysator, de onderzoekers hebben ervoor gezorgd dat hun oplossing een goedkoper alternatief is gebleven voor wat eerder in deze ruimte is geprobeerd.

"Bij eerdere pogingen is gebruik gemaakt van dure materialen zoals palladium, maar dit is de eerste keer dat een zeer goedkoop en overvloedig materiaal, lokaal gedolven in Australië, met succes is toegepast op het probleem van de omzetting van kooldioxide in afval, " zegt Dr. Daiyan.

Dr. Lovell voegt eraan toe dat wat deze methode ook aantrekkelijk maakt, het gebruik van het FSP-vlamsysteem is om deze waardevolle materialen te creëren en te beheersen.

"Het betekent dat het industrieel kan worden gebruikt, het kan worden geschaald, het is super snel om de materialen te maken en zeer effectief, " ze zegt.

"We hoeven ons geen zorgen te maken over ingewikkelde synthesetechnieken die echt dure metalen en voorlopers gebruiken - we kunnen het verbranden en in 10 minuten hebben deze deeltjes klaar voor gebruik. En door te controleren hoe we het verbranden, we kunnen die verhoudingen van gewenste syngas-bouwstenen beheersen."

Opschalen

Terwijl het duo al een elektrolyser heeft gebouwd die is getest met afval-CO ₂ gas dat verontreinigingen bevat, het opschalen van de technologie tot het punt waarop alle afvalkooldioxide die door een elektriciteitscentrale wordt uitgestoten, kan worden omgezet, is nog een eind op weg.

"Het idee is dat we een puntbron van CO . kunnen nemen ₂ , zoals een kolencentrale, een gascentrale, of zelfs een aardgasmijn waar je een enorme hoeveelheid pure CO . vrijmaakt ₂ en we kunnen deze technologie in wezen retrofitten aan de achterkant van deze fabrieken. Dan zou je die geproduceerde CO . kunnen opvangen ₂ en omzetten in iets dat enorm waardevol is voor de industrie, " zegt dr. Lovell.

Het volgende project van de groep zal zijn om hun nanomaterialen te testen in een rookgasomgeving om er zeker van te zijn dat ze bestand zijn tegen de barre omstandigheden en andere chemicaliën die in industrieel afvalgas worden aangetroffen.