211service.com
Een betere manier om koolstof op te vangen
Onderzoekers hebben poreuze materialen ontwikkeld die 80 keer hun volume aan koolstofdioxide kunnen opnemen, wat de verleidelijke mogelijkheid biedt dat het broeikasgas goedkoop uit de schoorstenen van elektriciteitscentrales kan worden geschrobd. Nadat het kooldioxide door de nieuwe materialen is opgenomen, kan het door drukveranderingen worden vrijgegeven, gecomprimeerd en ten slotte ondergronds worden gepompt voor langdurige opslag.
Koolstofvangende kristallen: Dit is een optische microfoto van een nieuw materiaal dat koolstofdioxide uit een stroom gassen kan halen, waardoor het mogelijk wordt om het broeikasgas op te vangen.
Een dergelijke afvang en opslag van kooldioxide kan essentieel zijn om de uitstoot van broeikasgassen te verminderen, vooral in landen zoals de Verenigde Staten die voor elektriciteit sterk afhankelijk zijn van steenkool. De eerste fase, het opvangen van de koolstof, is bijzonder belangrijk, aangezien dit 75 procent van de totale kosten kan uitmaken. volgens het ministerie van Energie .
De nieuwe materialen, deze week beschreven in Wetenschap , zijn gemaakt door onderzoekers van de UCLA onder leiding van Omar Yaghi , een chemicus die bekend staat om het produceren van materialen met ingewikkelde microscopische structuren. Ze absorberen grote hoeveelheden koolstofdioxide, maar nemen geen andere gassen op.
Er bestaan al technieken voor het opvangen van kooldioxide uit schoorstenen, maar ze verbruiken volgens een schatting grote hoeveelheden energie – 15 tot 20 procent van de totale elektriciteitsproductie van een elektriciteitscentrale, zegt Yaghi. Dat komt omdat bestaande materialen, bekend als aminen, moeten worden verwarmd om de koolstofdioxide die ze hebben opgenomen vrij te geven. Het opvangen en comprimeren van koolstofdioxide via deze bestaande methoden kan inderdaad 80 tot 90 procent toevoegen aan de kosten voor het produceren van elektriciteit uit steenkool, zegt Thomas Feeley, een projectmanager bij de Nationaal laboratorium voor energietechnologie .
Feeley zegt dat de materialen van Yaghi gunstig afsteken bij andere experimentele materialen die koolstofdioxide absorberen die worden ontwikkeld om deze kosten te verlagen. Yaghi zegt dat zijn materialen de kosten aanzienlijk kunnen verlagen omdat ze minder energie verbruiken, hoewel precies hoeveel het testen van de materialen bij energiecentrales vereist.
Behalve dat ze potentieel bruikbaar zijn in schoorstenen, kunnen de materialen ook worden gebruikt in kolenvergassingsinstallaties. In deze fabrieken wordt steenkool eerst verwerkt tot een mengsel van kooldioxide en waterstofgas. De waterstof wordt vervolgens gebruikt om elektriciteit op te wekken. De kooldioxide kan worden afgevangen met een oplosmiddel dat het energieverbruik verhoogt. Maar net als bij het op schoorsteen gebaseerde proces, zouden de nieuwe UCLA-materialen minder energie kunnen vergen.
De materialen behoren tot een klasse die zeolitische imidazolaatraamwerken (ZIF's) worden genoemd. Ze zijn gemaakt van metaalatomen die worden overbrugd door een van een aantal ringvormige organische moleculen die imidazolaten worden genoemd. Voorafgaand aan Yaghi's onderzoek waren er in de loop van 12 jaar 24 soorten ZIF's ontwikkeld. Yaghi maakte in slechts drie maanden 25 nieuwe versies. Deze materialen kunnen extreem veelzijdig zijn, omdat de metaalatomen als krachtige katalysatoren kunnen werken en de organische moleculen kunnen dienen als ankers voor een aantal functionele moleculen.
ZIF-proliferatie: nieuwe geautomatiseerde technieken stellen onderzoekers in staat om snel tientallen nieuwe materialen te synthetiseren die zeolitische imidazolaatraamwerken (ZIF's) worden genoemd. Krediet: Omar Yaghi
De nieuwe materialen absorberen koolstofdioxide gedeeltelijk omdat ze extreem poreus zijn, waardoor ze een groot oppervlak hebben dat in contact kan komen met koolstofdioxidemoleculen. Het meest poreuze materiaal waarover Yaghi rapporteert Wetenschap bevatten bijna 2.000 vierkante meter oppervlakte verpakt in één gram materiaal. Eén liter van een van Yaghi's materialen kan alle moleculen koolstofdioxide opslaan die, bij nul °C en bij omgevingsdruk, een volume van 82,6 liter zouden innemen.
Hoewel de exacte mechanismen niet volledig worden begrepen, denkt Yaghi dat de licht negatieve lading van organische moleculen in zijn materiaal koolstofdioxidemoleculen aantrekt, die een licht positieve lading hebben. Hierdoor wordt koolstofdioxide op zijn plaats gehouden, terwijl andere gassen door het materiaal bewegen. Deze methode om koolstofdioxide op te vangen is beter dan sommige andere methoden omdat er geen sterke covalente bindingen bij betrokken zijn, dus het kost niet veel energie om het gas vrij te maken.
De volgende stap voor de materialen is commercialisering. Dit betekent opschaling van de productie en het opnemen van de materialen in een systeem in een energiecentrale, bijvoorbeeld door de materialen in containers te verpakken die kunnen worden gevuld met uitlaatgassen onder druk - iets waarvan de UCLA-groep zegt dat het binnen twee tot drie jaar mogelijk zou kunnen zijn. Yaghi schat dat de materialen gemakkelijk in grote hoeveelheden kunnen worden gemaakt, omdat ze vergelijkbaar zijn met andere materialen die hij heeft ontwikkeld en die nu per ton kunnen worden gemaakt. BASF , het gigantische chemische bedrijf. Nu is het in handen van de industrie, zegt Yaghi. En hij heeft geautomatiseerde technieken ontwikkeld die kunnen leiden tot meer materialen die nog betere eigenschappen kunnen hebben.