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

Wereldwijde CO₂ de uitstoot voor 2022 bereikte 36,1 gigaton, en dit verbruikte 13-36% 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.

Direct Air Capture (DAC)-technologieën onttrekken CO₂ rechtstreeks uit de atmosfeer op elke locatie, maar hun bruikbaarheid wordt beperkt door de hogere energiebehoefte en totale kosten. Met name de meeste op vaste stoffen gebaseerde systemen kunnen niet goed functioneren in vochtige omstandigheden en hebben hoge regeneratietemperaturen of vereisen vacuümomstandigheden.

Ontwerp van duurzame carbon capture hydrogels (SCCH)

Om deze uitdagingen het hoofd te bieden, hebben we duurzame carbon-capture hydrogels (SCCH) ontwikkeld als stapsgewijs materiaal voor CO2₂ vangen met hoge opname en uitzonderlijk lage regeneratie-energie (Figuur 1). De studie is gepubliceerd in het tijdschrift Nano-brieven.

In tegenstelling tot andere absorberende materialen waarbij het inerte water leidt tot energie-intensieve thermische regeneratie, heeft water in hydrogels een verminderde verdampingsenthalpie die kan bijdragen aan een verlaagde regeneratie-energie. De SCCH bestaat uit goedkope konjac-gom uit biomassa, warmtegevoelige cellulose en uniform gedispergeerde polyethyleenimine (PEI). Een ander voordeel van deze SCCH is de unieke hiërarchische structuur. De poriën op micro- en nanoschaal maken CO2 mogelijk₂ transport en gemakkelijke toegang tot actieve amine-sites.

Prestaties van het afvangen van kooldioxide

De vooraf opgevangen waterdamp verhoogt de CO₂ binding met PEI, wat leidt tot een veel hogere opvangcapaciteit onder vochtige omstandigheden (Figuur 2, links). Bovendien is 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 verminderde verdampingsenthalpie van water in hydrofiele hydrogels en de thermische responsiviteit van cellulose.

We benadrukken ook een ander voordeel van onze SCCH, namelijk het gemak van bereiding. 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 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 is een onderdeel van Dialoogvenster Wetenschap Xwaar onderzoekers bevindingen uit hun gepubliceerde onderzoeksartikelen kunnen rapporteren. Bezoek deze pagina voor informatie over ScienceX Dialog en hoe u kunt deelnemen.