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Materialien könnten CO2 einfangen und nutzbar machen
Obwohl Bei der Begrenzung der CO2-Emissionen wurden Fortschritte erzielt In einigen Ländern, insbesondere in Europa und Nordamerika, ist es offensichtlich, dass es immer wichtiger wird, Wege zu finden, Kohlendioxid aus Schornsteinen – oder aus der Atmosphäre – abzuscheiden. Verfügbare Systeme erhöhen die Stromkosten von Anlagen, die mit dieser Technologie ausgestattet sind, dramatisch. Und was mit all dem Kohlendioxid zu tun ist, nachdem es abgetrennt wurde, bleibt problematisch.
Die komplizierte, hochporöse Struktur kovalenter organischer Gerüste macht sie einzigartig geeignet zum Einfangen von Kohlendioxid.
Jetzt hat ein Team von Wissenschaftlern des Lawrence Berkeley National Laboratory und der University of California, Berkeley, herausgefunden eine Methode entwickelt das verwendet superporöse molekulare Strukturen, die als bekannt sind kovalente organische Gerüste , mit Katalysatoren zur Umwandlung des Kohlendioxids in Kohlenmonoxid, das zur Herstellung einer Reihe von Materialien verwendet werden kann, darunter Kraftstoffe, Kunststoffe und sogar Pharmazeutika.
Die neuen Materialien, sagt Chris Chang, Chemiker in der Abteilung für chemische Wissenschaften des Berkeley Lab und einer der Co-Leiter des Forschungsteams, basieren auf einer hochstabilen, porösen Struktur, die mit all diesen Katalysatoren dekoriert ist. Obwohl es sich um ein frühes Forschungsstadium handelt und noch lange nicht bereit ist, auf Kraftwerksniveau zu skalieren, ist es ein wichtiger Schritt, um praktische Wege zu finden, Kohlendioxid sowohl in Abfallströmen als auch in der Luft zu absorbieren und zu nutzen.
Die Einbettung der Gerüste mit chemischen Katalysatoren ermöglicht es ihnen, Kohlendioxid in Kohlenmonoxid umzuwandeln, das als Ausgangsmaterial für nützliche Chemikalien verwendet werden kann.
Erstmals Mitte der 2000er Jahre entwickelt von Omar Jaghi , jetzt Professor für Chemie an der UC Berkeley und Co-Direktor des Kavli Energy NanoSciences Institute , kovalente organische Gerüste sind komplizierte, hochporöse Kristalle, die eine Reihe potenzieller Anwendungen in der Gasspeicherung, Photonik und verschiedenen chemischen Prozessen haben. Sie sind als Kohlenstoffabscheidungsmaterialien besonders wertvoll, da sie in Gegenwart von Wasser funktionieren, was bedeutet, dass Sie die giftigen organischen Lösungsmittel beseitigen können, die bei anderen Formen der Kohlenstoffabscheidung verwendet werden; Sie lösen nicht mehr ein Problem und schaffen ein neues, wie Yaghi es ausdrückt.
Das Einfangen des Kohlenstoffs ist die halbe Lösung; die Umwandlung in brauchbare Materialien ist die zweite Hälfte. Die Herausforderung war schon immer, könnten Sie es in ein Ausgangsmaterial umwandeln, das als Ausgangsmaterial für nützliche Chemikalien verwendet werden kann? sagt Yaghi. Diese Arbeit ist der erste Schritt in Richtung dieser Herausforderung.
Die Arbeit an der CO2-Abscheidung aus den Abfallströmen von Kraftwerken ist in den letzten Jahren ins Stocken geraten (siehe What Carbon Capture Can’t Do ). Aktuelle Ansätze konzentrieren sich auf die Abscheidung nach der Verbrennung, im Allgemeinen unter Verwendung von Lösungsmitteln auf Aminbasis; Vorverbrennungsmethoden wie das Vergasen von Kohle vor dem Verbrennen; und Sauerstoffverbrennung, bei der Kohle in reinem Sauerstoff und nicht in Luft verbrannt wird. Alle sind effektiv, aber sie sind teuer und ineffizient. Und keiner wird dazu beitragen, Kohlenstoff aus der Atmosphäre zu entfernen (siehe Kann das Absaugen von CO2 aus der Atmosphäre wirklich funktionieren? ).
Die Arbeit an neuartigen Techniken, wie die Forschung von Yaghi und Chang und ihrem Team, könnte neue Wege eröffnen, um die Kohlenstoffabscheidung praktikabler zu machen. Eine Einschränkung besteht darin, dass die Katalyse Energie benötigt: Das System zur Abscheidung und Umwandlung von Kohlendioxid würde also selbst Strom verbrauchen. Laut Chang besteht ein Ziel darin, Geräte zur Kohlenstoffabscheidung und -umwandlung mit Sonnenkollektoren zu verbinden.
Kohlenstoff selektiv einzufangen, ist eine gewaltige Herausforderung, sagt Yaghi. Und die Umwandlung in ein nützliches Material trägt dazu bei. Vor fünf Jahren hätten wir nicht sagen können, dass wir das schaffen. Ich würde jetzt nicht sagen, dass wir es gelöst haben, aber wir können jetzt sagen, dass dies machbar ist.