Dwutlenek węgla wchłaniany jak woda w gąbkę

Dwutlenek węgla wchłaniany jak woda w gąbkę

Nowy materiał wynaleziony przez naukowców z Uniwersytetu Kalifornijskiego umożliwia skuteczne absorbowanie dużych ilości dwutlenku węgla przy jednoczesnym przepuszczaniu innych gazów. Ta technologia absorbowania dwutlenku węgla może być nie tylko bardziej efektywna od znanych obecnie ale także energooszczędna. Systemy absorpcji CO2 przystosowane do pracy w elektrowniach pochłaniają obecnie około 20% wytwarzanej mocy.

Naukowcom z Uniwersytetu Kalifornijskiego (UCLA) udało się odkryć niezwykle porowate materiały, które są w stanie wchłonąć do 80 razy więcej dwutlenku węgla niż stanowi ich objętość, dając tym samym możliwość usuwania tego gazu w systemach kominowych elektrowni węglowych.

Po zabsorbowaniu dwutlenek węgla może być uwolniony w wyniku zmiany ciśnienia a następnie kompresowany i w końcu pompowany do podziemnych zbiorników. Możliwość wychwytywania dwutlenku węgla i oddzielania go od innych gazów może mieć istotne znaczenie zwłaszcza w krajach takich jak Stany Zjednoczone, które są silnie uzależnione od elektrowni węglowych. Według amerykańskiego Departamentu Energii pierwszy, najważniejszy etap procesu przechwytywania dwutlenku węgla może stanowić do 75% całkowitych kosztów wytwarzania energii.

Nowe materiały absorpcyjne zostały opracowane przez naukowców z UCLA pod przewodnictwem Omara Yaghi, chemika specjalizującego się w molekularnej inżynierii materiałowej. Materiały te absorbują ogromne ilości dwutlenku węgla a przepuszczają inne gazy. Dostępne dotychczas technologie przechwytywania dwutlenku węgla zużywają od 15-20% mocy wyjściowej elektrowni, ponieważ filtry muszą być podgrzewane, aby skutecznie oddawać zaabsorbowany dwutlenek węgla. Jak zapowiadają badacze z UCLA wynalezione przez nich materiały mogą być użyte przy znacznie mniejszych zużyciu energii.

Oprócz zastosowania nowych materiałów w elektrowniach można je również wykorzystać w zakładach produkujących syngaz. W zakładach tego typu węgiel jest przetwarzany w mieszaninę gazów, w których dominuje dwutlenek węgla i wodór. Wodór jest wykorzystywany jako paliwo do generowania energii elektrycznej. Dwutlenek węgla natomiast może być oddzielony i składowany po ziemią.

Nowe materiały klasyfikowane są do grupy tzw. ZIF’ów (zeolitic imidazolate frameworks). Zbudowane są ze struktury atomów metali uzupełnionych przez odpowiednią liczbę uformowanych w okrąg organicznych molekuł nazywanych imidazolami. W ciągu 12 lat badań nad strukturami imidazolu naukowcy odkryli tylko 24 ich typy. Yaghis w ciągu 3 miesięcy swoich badań odkrył aż 25 nowych kombinacji. Nowe materiały mogą mieć wiele zastosowań, ponieważ atomy metalu pełnią rolę katalizatorów a molekuły organiczne mogą służyć jako wsparcie dla molekuł funkcjonalnych.

ZIF’y posiadają zdolności absorpcyjne dwutlenku węgla ponieważ są bardzo porowate, co znacznie zwiększa ich powierzchnię kontaktu z molekułami gazu. Według naukowców z Kalifornii jeden gram nowego materiału posiada 2000 m2 powierzchni. Dla przykładu jeden litr nowego materiału może zmagazynować molekuły dwutlenku węgla, które w temperaturze 0 stopni C i przy ciśnieniu otoczenia zajmą objętość 82.6 litrów.

Dokładne mechanizmy działania nowych materiałów nie są jeszcze do końca poznane. Yaghi tłumaczy , że lekko ujemne ładunki organicznych molekuł przyciągają posiadające dodatni ładunek molekuły dwutlenku węgla, dlatego dwutlenek węgla jest zatrzymywany a inne gazy przepuszczane.

Kolejnym krokiem będzie wdrożenie nowych materiałów do produkcji przemysłowej. Prawdopodobnie będzie to możliwe za 2 lub 3 lata. Naukowcy są przekonani, że ich wynalazek znajdzie powszechne zastosowanie a ZIF'y zostaną wykorzystywane na szeroką skalę.

(am)