Er is een nieuwe methode ontwikkeld om koolstofdioxide uit de uitstoot van fossiele brandstoffen af te vangen en zo de opwarming van de aarde tegen te gaan.
Broeikasgasemissies leveren de grootste bijdrage aan klimaatverandering. De uitstoot van cruciale broeikasgassen is het gevolg van grootschalige industrialisatie en menselijke activiteiten. Het grootste deel van deze broeikasgasemissies bestaat uit koolstofdioxide (CO2) afkomstig van de verbranding van fossiele brandstoffen. De totale concentratie CO2 in de atmosfeer is sinds het begin van het industrialisatietijdperk met meer dan 40 procent gestegen. Deze gestage toename van broeikasgasemissies zorgt voor opwarming van de aarde , wat bekend staat als ' opwarming van de aarde '. Computersimulaties hebben aangetoond dat emissies verantwoordelijk zijn voor de stijging van de gemiddelde oppervlaktetemperatuur van de aarde in de loop der tijd, wat wijst op 'klimaatverandering' als gevolg van veranderingen in neerslagpatronen, de hevigheid van stormen, de zeespiegel, enzovoort. Het ontwikkelen van geschikte methoden om koolstofdioxide uit emissies af te vangen is daarom een cruciaal aspect in de strijd tegen klimaatverandering. Koolstofafvangtechnologie bestaat al tientallen jaren, maar heeft de laatste tijd meer aandacht gekregen vanwege milieuoverwegingen.
Een nieuwe methode voor het afvangen van koolstof
De standaardprocedure voor koolstofafvang omvat het opvangen en scheiden van CO2 uit een gasmengsel, waarna het wordt getransporteerd naar een opslaglocatie, meestal ondergronds en ver van de atmosfeer. Dit proces is zeer energie-intensief en kent diverse technische problemen, risico's en beperkingen, zoals een grote kans op lekkage op de opslaglocatie. Een nieuwe studie, gepubliceerd in Chem, beschrijft een veelbelovend alternatief voor koolstofafvang. Wetenschappers van het Amerikaanse ministerie van Energie hebben een unieke methode ontwikkeld om CO2 te verwijderen uit kolencentrales. Dit proces vereist 24 procent minder energie in vergelijking met de gangbare methoden die momenteel in de industrie worden gebruikt.
Onderzoekers werkten aan natuurlijk voorkomende organische verbindingen, bis-iminoguanidines (BIG's genaamd), die, zoals uit eerdere studies bleek, het vermogen hebben om zich te binden aan negatief geladen anionen. Ze dachten dat deze specifieke eigenschap van BIG's ook van toepassing zou zijn op bicarbonaatanionen. BIG's kunnen dus fungeren als een sorbent (een stof die andere moleculen verzamelt) en CO2 omzetten in vast kalksteen (calciumcarbonaat). Natronkalk is een mengsel van calcium- en natriumhydroxide dat door duikers, onderzeeërs en andere gesloten ademhalingsomgevingen wordt gebruikt om uitgeademde lucht te filteren en gevaarlijke ophoping van CO2 te voorkomen. De lucht kan vervolgens meerdere keren worden gerecycled. Zo stellen rebreathers duikers in staat om bijvoorbeeld lange tijd onder water te blijven, wat anders onmogelijk zou zijn.
Een unieke methode die minder energie vraagt
Op basis van dit inzicht ontwikkelden ze een CO2-scheidingscyclus die gebruikmaakte van een waterige BIG-oplossing. Bij deze specifieke koolstofafvangmethode werd rookgas door de oplossing geleid, waardoor CO2-moleculen zich aan het BIG-adsorbent hechtten. Door deze binding kristalliseerden de moleculen tot een vaste, organische kalksteenachtige substantie. Wanneer deze vaste stoffen tot 120 graden Celsius werden verhit, kwam de gebonden CO2 vrij, die vervolgens kon worden opgeslagen. Omdat dit proces bij relatief lagere temperaturen plaatsvindt dan bestaande koolstofafvangmethoden, is de benodigde energie lager. Bovendien kon het vaste adsorbent opnieuw in water worden opgelost en hergebruikt.
De huidige technologieën voor het opvangen van koolstof hebben veel hardnekkige problemen, zoals problemen met opslag, hoge energiekosten, enz. Het belangrijkste probleem is het gebruik van vloeibare sorptiemiddelen die in de loop van de tijd verdampen of ontleden en die ook ten minste 60 procent van de totale energie nodig hebben om ze te verwarmen, wat zeer hoog. Het vaste sorptiemiddel in de huidige studie overwon de energiebeperking omdat CO2 wordt opgevangen uit een gekristalliseerd vast bicarbonaatzout waarvoor ongeveer 24 procent minder energie nodig is. Er was ook geen verlies van sorptiemiddel, zelfs niet na 10 opeenvolgende cycli. Deze lagere behoefte aan energie kan de kosten van het afvangen van koolstof verlagen en als we kijken naar miljarden tonnen CO2, kan deze methode zeer veel impact hebben door de uitstoot van broeikasgassen te verminderen door middel van adequate afvang.
Een beperking van deze studie is de relatief lage CO2-capaciteit en -absorptiesnelheid, die te wijten is aan de beperkte oplosbaarheid van het BIG-sorbent in water . Onderzoekers onderzoeken de mogelijkheid om traditionele oplosmiddelen zoals aminozuren te combineren met deze BIG-sorbenten om deze beperking te verhelpen. Het huidige experiment is op kleine schaal uitgevoerd, waarbij 99 procent van de CO2 uit uitlaatgassen werd verwijderd. Het proces moet verder worden geoptimaliseerd, zodat het kan worden opgeschaald om dagelijks minstens een ton CO2 af te vangen, ongeacht het type emissie. De methode moet robuust zijn en bestand tegen verontreinigingen in de emissies. Het uiteindelijke doel van een koolstofafvangtechnologie is om CO2 rechtstreeks uit de atmosfeer af te vangen met behulp van een betaalbare en energiezuinige methode.
***
Bron (nen)
Williams N et al. 2019. CO2-afvang via kristallijne waterstofgebonden bicarbonaatdimeren. Chem.
https://doi.org/10.1016/j.chempr.2018.12.025
***
