211service.com
En bedre måde at fange kulstof på
Forskere har udviklet porøse materialer, der kan opsuge 80 gange deres volumen af kuldioxid, hvilket giver den fristende mulighed for, at drivhusgassen billigt kan skrubbes fra kraftværker. Efter at kuldioxiden er blevet absorberet af de nye materialer, kan den frigives gennem trykændringer, komprimeres og til sidst pumpes under jorden til langtidsopbevaring.
Kulstoffangende krystaller: Dette er et optisk mikrofotografi af et nyt materiale, der kan trække kuldioxid fra en strøm af gasser, hvilket gør det muligt at binde drivhusgassen.
Sådan kuldioxidopsamling og -binding kan være afgørende for at reducere drivhusgasemissioner, især i lande som USA, der er stærkt afhængige af kul til elektricitet. Det første trin, at opfange kulstoffet, er særligt vigtigt, da det kan stå for 75 procent af de samlede omkostninger, ifølge Energiministeriet .
De nye materialer, beskrevet i denne uge i Videnskab , blev skabt af forskere ved UCLA ledet af Omar Yaghi , en kemiker kendt for at producere materialer med indviklede mikroskopiske strukturer. De absorberer store mængder kuldioxid, men absorberer ikke andre gasser.
Teknikker findes allerede til at opfange kuldioxid fra skorstene, men de bruger store mængder energi - 15 til 20 procent af den samlede elektricitetsproduktion fra et kraftværk, ifølge et skøn, siger Yaghi. Det skyldes, at eksisterende materialer, kendt som aminer, skal opvarmes for at frigive den kuldioxid, de har absorberet. Faktisk kan indfangning og komprimering af kuldioxid ved hjælp af disse eksisterende metoder tilføje 80 til 90 procent til omkostningerne ved at producere elektricitet fra kul, siger Thomas Feeley, en projektleder ved Nationalt Energiteknisk Laboratorium .
Feeley siger, at Yaghis materialer sammenligner sig positivt med andre eksperimentelle materialer, der absorberer kuldioxid, som er ved at blive udviklet for at hjælpe med at nedbringe disse omkostninger. Yaghi siger, at hans materialer kan sænke omkostningerne betydeligt, da de bruger mindre energi, selvom præcis hvor meget vil kræve at teste materialerne på kraftværker.
Ud over at være potentielt nyttige i skorstene, kan materialerne bruges i kulforgasningsanlæg. I disse anlæg behandles kul først for at producere en blanding af kuldioxid og brintgas. Brinten bruges derefter til at generere elektricitet. Kuldioxiden kunne fanges ved hjælp af et opløsningsmiddel, der øger energiforbruget. Men som i den skorstensbaserede proces kan de nye UCLA-materialer kræve mindre energi.
Materialerne tilhører en klasse kaldet zeolitiske imidazolat-rammer (ZIF'er). De er lavet af metalatomer, der er brokoblet af et af en række ringformede organiske molekyler kaldet imidazolater. Forud for Yaghis forskning var 24 typer ZIF'er blevet udviklet i løbet af 12 år. Yaghi lavede 25 nye versioner på kun tre måneder. Disse materialer kan være ekstremt alsidige, da metalatomerne kan fungere som kraftige katalysatorer, og de organiske molekyler kan fungere som ankre for en række funktionelle molekyler.
ZIF-udbredelse: Nye automatiserede teknikker giver forskere mulighed for hurtigt at syntetisere snesevis af nye materialer kaldet zeolitiske imidazolatrammer (ZIF'er). Kredit: Omar Yaghi
De nye materialer absorberer kuldioxid til dels, fordi de er ekstremt porøse, hvilket giver dem et højt overfladeareal, der kan komme i kontakt med kuldioxidmolekyler. Det mest porøse af de materialer, som Yaghi rapporterer i Videnskab indeholde næsten 2.000 kvadratmeter overfladeareal pakket i et gram materiale. En liter af et af Yaghis materialer kan opbevare alle de kuldioxidmolekyler, der ved nul °C og ved omgivende tryk ville optage et volumen på 82,6 liter.
Mens de nøjagtige mekanismer ikke er fuldt ud forstået, mener Yaghi, at den lidt negative ladning af organiske molekyler i hans materiale tiltrækker kuldioxid-molekyler, som har en let positiv ladning. Som et resultat holdes kuldioxid på plads, mens andre gasser bevæger sig gennem materialet. Denne metode til at fange kuldioxid er bedre end nogle andre metoder, fordi den ikke involverer stærke kovalente bindinger, så det tager ikke meget energi at frigive gassen.
Det næste trin for materialerne er kommercialisering. Det betyder at opskalere produktionen og inkorporere materialerne i et system på et kraftværk, såsom ved at pakke materialerne i dunke, der kan fyldes med tryksatte udstødningsgasser - noget, som UCLA-gruppen siger kunne være muligt om to til tre år. Yaghi vurderer, at materialerne sagtens kunne laves i store mængder, da de ligner andre materialer, han har udviklet, og som nu kan fremstilles i ton pr. BASF , den gigantiske kemivirksomhed. Nu er det i hænderne på industrien, siger Yaghi. Og han har udviklet automatiserede teknikker, der kunne føre til flere materialer, der kunne have endnu bedre egenskaber.