Een belangrijk onderdeel van ambient direct air capture (DAC)-systemen die koolstofdioxide uit de lucht verwijderen, is het sorptiemateriaal dat wordt gebruikt om eerst de koolstof op te vangen en vervolgens af te geven. Bepaalde sorptiematerialen kunnen koolstofdioxide uit de lucht halen terwijl het over het materiaal stroomt. Het geeft vervolgens de koolstof af wanneer water wordt aangebracht. Als het materiaal weer droogt, het absorbeert koolstof, enzovoort.

Deze elegante functie van specifieke materialen wordt al enkele jaren waargenomen door degenen die aan DAC-systemen werken, zoals Klaus Lackner, een professor aan de Arizona State University in de School of Sustainable Engineering and the Built Environment. Lackner heeft een systeem ontwikkeld met de naam "MechanicalTree" dat sorptiematerialen gebruikt om koolstof uit de lucht te verwijderen.

Nutsvoorzieningen, in een nieuwe krant in het begin, online editie van Joule , Lackner en zijn collega's leggen precies uit hoe sommige van deze sorptiematerialen koolstof vastleggen en afgeven, een bevinding die zou kunnen leiden tot een slimmer ontwerp van sorptiematerialen in het hart van alle koolstofverwijderingssystemen.

"We hebben een beter begrip ontwikkeld van het vochtwisselingsmechanisme van deze sorptiemiddelen door het in verschillende materialen te demonstreren en door rekentools en modellen te ontwikkelen die het concept uitleggen, " zei Lackner. "We begrijpen nu het effect dat de vochtschommeling aandrijft, en dit inzicht vergroot het scala aan materialen die dat kunnen doen."

Het document beschrijft in detail en op microscopische schaal wat er gebeurt met het sorptiemateriaal als het droog is, het bindt zich aan koolstof in de lucht, en als het nat is, het desorbeert de koolstof. Het systeem werd onderzocht met simulaties van kwantummechanica en geverifieerd in experimenten.

"Dit concept verbaast me niet, want ik speel al tien jaar met dit spul, maar het concept van de vochtwisseling is nog steeds heel nieuw en heel anders dan andere manieren om een ​​sorptiemiddel te laden en te lossen, "Lackner legde uit. "We ontdekten dit fenomeen 14 jaar geleden, en lange tijd was het een raadsel hoe het werkte. Nu lijkt het vrij duidelijk."

Algemeen, Lackner heeft toegevoegd, "Deze vooruitgang opent de deur naar meer kandidaatmaterialen en een rationeel ontwerp. Veel van die materialen zijn veel goedkoper dan wat vaak als sorptiemiddel wordt gebruikt."

Co-auteurs van het artikel "Vocht gedreven CO ₂ sorptiemiddelen" zijn Xiaoyang Shi, Hang Xiao en Xi Chen, van Columbia University in New York City; en Kohei Kanamori en Akio Yonezu, van de Chuo-universiteit in Tokio. Naast hoogleraar aan de ASU, Lackner is de directeur van het Center for Negative Carbon Emissions.

Lackner, een pionier op het gebied van negatieve CO2-uitstoot, heeft een apparaat ontwikkeld, genaamd de 'MechanicalTree' die zich gedraagt ​​als een boom maar duizenden keren efficiënter is in het verwijderen van CO ₂ uit omgevingslucht. de mechanische boom, die wordt gecommercialiseerd door Silicon Kingdom Holdings, Dublin, Ierland, maakt het mogelijk om het opgevangen gas op te slaan of te verkopen voor hergebruik in verschillende toepassingen, zoals synthetische brandstoffen, verbeterde oliewinning of in voedsel, dranken- en landbouwindustrieën.

Absorberende materialen om de koolstof op te vangen vormen de kern van het apparaat van Lackner.

In tegenstelling tot andere koolstofafvangtechnologieën, De technologie van SKH kan CO . verwijderen ₂ uit de atmosfeer zonder de noodzaak om mechanisch lucht door het systeem te zuigen met behulp van energie-intensieve apparaten. In plaats daarvan, de technologie gebruikt de wind om lucht door het systeem te blazen. Dit maakt het een passieve, relatief goedkope en schaalbare oplossing die commercieel levensvatbaar is. Als het op grote schaal wordt ingezet, de technologie kan leiden tot een aanzienlijke verlaging van de CO .-niveaus ₂ in de atmosfeer van de aarde, helpen de opwarming van de aarde tegen te gaan.

Kooldioxide is een geurloze, kleurloos gas dat een bijproduct is van de verbranding van fossiele brandstoffen en andere natuurlijke processen. Mensen stoten meer dan 36 miljard ton CO uit ₂ jaarlijks in de atmosfeer, de natuurlijke koolstofcyclus van de aarde aanzienlijk veranderen. De overtollige koolstof houdt warmte vast en veroorzaakt opwarming van de aarde.

De MechanicalTree is een nieuwe geometrie die onafhankelijk is van de windrichting en kan werken met het juiste sorptiemiddel voor elke locatie. Elke 'Tree' bevat een stapel met sorptiemiddel gevulde schijven. Wanneer de boomachtige kolom volledig is uitgeschoven en de schijven uit elkaar staan, luchtstroom maakt contact met de schijfoppervlakken en de CO ₂ raakt gebonden. Voor regeneratie, de schijven worden in de onderste container neergelaten. In deze kamer, de CO ₂ vrijkomt uit het sorptiemiddel. Het vrijgekomen gas wordt dan opgevangen, gezuiverd, verwerkt en voor andere doeleinden gebruikt, terwijl de schijven opnieuw worden ingezet om meer CO . af te vangen ₂ .