Science >> Wetenschap >  >> nanotechnologie

Onderzoekers ontwikkelen een duurzame gelfilm om kooldioxide op te vangen met lagere energiekosten

Fig 1. Schematische weergave van de duurzame hydrogels voor koolstofafvang. Credit:Youhong Guo

Mondiale CO2 De uitstoot voor 2022 bedroeg 36,1 gigaton, en dit kostte 13 tot 36% van het resterende koolstofbudget om de opwarming tot 1,5°C te beperken, wat betekent dat onze toegestane uitstoot binnen twee jaar zou kunnen zijn uitgeput.



Technologieën voor directe luchtafvang (DAC) onttrekken CO2 rechtstreeks uit de atmosfeer op elke locatie, maar de bruikbaarheid ervan wordt beperkt door de hogere energiebehoeften en totale kosten. Met name de meeste systemen op basis van vaste absorptiemiddelen kunnen niet goed functioneren in vochtige omstandigheden en hebben hoge regeneratietemperaturen of vereisen vacuümomstandigheden.

Ontwerp van duurzame hydrogels voor koolstofafvang (SCCH)

Om deze uitdagingen het hoofd te bieden, hebben we duurzame hydrogels voor koolstofafvang (SCCH) ontwikkeld als stapsgewijze veranderingsmateriaal voor CO2 opvang met hoge opname en uitzonderlijk lage regeneratie-energie (Figuur 1). Het onderzoek is gepubliceerd in het tijdschrift Nano Letters .

In tegenstelling tot andere sorptiematerialen waarbij het inerte water leidt tot energie-intensieve thermische regeneratie, heeft water in hydrogels een verminderde verdampingsenthalpie die kan bijdragen aan een lagere regeneratie-energie. De SCCH bestaat uit goedkope biomassa-konjacgom, thermoresponsieve cellulose en uniform gedispergeerd polyethyleenimine (PEI). Een ander voordeel van deze SCCH is de unieke hiërarchische structuur. De poriën op micro- en nanoschaal maken CO2 mogelijk transport en gemakkelijke toegang tot actieve aminelocaties.

Fig 2. (links) door vocht verbeterde opvang van kooldioxide en (rechts) lage regeneratietemperatuur van ~60 graden Celsius. Credit:Youhong Guo

Prestaties voor het opvangen van kooldioxide

De voorgevangen waterdamp verhoogt de CO2 binding met PEI, wat leidt tot een veel hogere opvangcapaciteit onder vochtige omstandigheden (Figuur 2, links). Daarnaast de afgevangen CO2 komt vrij bij een lage energietoevoer (Figuur 2, rechts), wat kan worden bereikt door milde elektrische verwarming of zonnestraling zonder vacuüm, zolang de temperatuur ~60°C bereikt. Dit wordt ondersteund door een verminderde verdampingsenthalpie van water in hydrofiele hydrogels en de thermoresponsiviteit van cellulose.

We benadrukken ook een ander voordeel van onze SCCH, namelijk het gemak van voorbereiding. De gel kan worden gemaakt met in de handel verkrijgbare materialen, opgelost in water, in een mal gegoten en gevolgd door een vriesdroogproces. Dit is schaalbaar en duurzaam in de omgevingslucht, wat de praktische toepassing ten goede komt. Met zo'n lage regeneratietemperatuur kunnen onze nieuwe hydrogels een baanbrekend materialenplatform zijn voor duurzamer luchtkwaliteitsbeheer en DAC-technologieën.

Dit verhaal maakt deel uit van Science X Dialog, waar onderzoekers bevindingen uit hun gepubliceerde onderzoeksartikelen kunnen rapporteren. Bezoek deze pagina voor informatie over ScienceX Dialog en hoe u kunt deelnemen.

Meer informatie: Youhong Guo et al., Schaalbare uit biomassa afkomstige hydrogels voor duurzame kooldioxide-afvang, Nano Letters (2023). DOI:10.1021/acs.nanolett.3c02157

Journaalinformatie: Nanobrieven

Youhong Guo is postdoc bij de afdeling Chemische Technologie van het Massachusetts Institute of Technology en werkt samen met prof. T. Alan Hatton. Haar onderzoeksinteresses zijn het ontwikkelen van polymeermaterialen voor toepassingen op het gebied van energie en ecologische duurzaamheid.




Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Verschil tussen plantaardige en dierlijke celdeling
  2. Klimaatverandering zal naar verwachting kleiner worden, gestalte van dominante Midwest-plant, studie vondsten
  3. Wat hebben alle levende organismen gemeen?
  4. Natuurlijke wijnen:hoe worden ze gemaakt en hoe zit het met sulfieten? Een expert legt uit
  5. Wetenschap verklaart de kleur van je kerst
  6. Genotypes bepalen
  7. Eerste mycobiome-atlas beschrijft associaties tussen kanker en schimmels
  8. Als fossielen tot leven komen:SARS-CoV-2 spike, syncytin-1 en andere merkwaardige fusie-eiwitten
  9. Hoe kruipen mieren op muren? Een bioloog legt hun kleverige, stekelige, zwaartekracht tartende greep uit

Wetenschap