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Kohlenstoffabscheidung basierend auf der Kristallisation von Bicarbonat-Wasser-Clustern: ein vielversprechender Ansatz zur Kontrolle der globalen Erwärmung

UMGEBUNGKohlenstoffabscheidung basierend auf der Kristallisation von Bicarbonat-Wasser-Clustern: ein vielversprechender Ansatz zur Kontrolle der globalen Erwärmung

Es wurde eine neue Methode zur Abscheidung von Kohlendioxid entwickelt, um Kohlendioxid aus Emissionen fossiler Brennstoffe abzuscheiden

Treibhausgasemissionen sind der größte Verursacher des Klimawandels. Der Ausstoß kritischer Treibhausgase ist das Ergebnis der großflächigen Industrialisierung und des menschlichen Handelns. Die meisten dieser Treibhausgasemissionen sind von Kohlendioxid (CO2) aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe. Die Gesamtkonzentration von CO2 in der Atmosphäre ist seit Beginn der Industrialisierung um mehr als 40 Prozent gestiegen. Dieser stetige Anstieg der Treibhausgasemissionen erwärmt den Planeten, was als "die globale Erwärmung“, da Computersimulationen gezeigt haben, dass Emissionen für den Anstieg der durchschnittlichen Oberflächentemperatur der Erde im Laufe der Zeit verantwortlich sind, was auf einen „Klimawandel“ aufgrund von Änderungen der Niederschlagsmuster, der Sturmstärke, des Meeresspiegels usw. Kohlendioxidaus Emissionen ist ein entscheidender Aspekt bei der Bekämpfung des Klimawandels. Kohlenstoff Erfassungstechnologie gibt es schon seit Jahrzehnten, hat aber in letzter Zeit aufgrund von Umweltbedenken stärker in den Fokus gerückt.

Eine neue Methode zur COXNUMX-Abscheidung

Das Standardverfahren der Kohlenstoffabscheidung beinhaltet das Abfangen und Abtrennen von CO2 aus einem Gasgemisch, den Transport zur Lagerung und die Lagerung entfernt von der Atmosphäre, normalerweise unter der Erde. Dieser Prozess ist sehr energieintensiv, beinhaltet mehrere technische Probleme, Risiken und Einschränkungen, zum Beispiel eine hohe Wahrscheinlichkeit von Leckagen am Lagerort. Eine neue Studie veröffentlicht in Chem. beschreibt eine vielversprechende Alternative zum Einfangen von Kohlenstoff. Wissenschaftler des Department of Energy USA haben eine einzigartige Methode entwickelt, um CO2 aus Kohlekraftwerken zu entfernen, und dieses Verfahren benötigt 24 Prozent weniger Energie im Vergleich zu Benchmarks, die derzeit in der Industrie eingesetzt werden.

Die Forscher arbeiteten an natürlich vorkommenden organischen Verbindungen namens Bis-Iminoguanidine (BIGs), die die Fähigkeit haben, an negativ geladene Anionen zu binden, wie in früheren Studien gezeigt wurde. Sie dachten, dass diese besondere Eigenschaft von BIGs auch auf Bicarbonat-Anionen anwendbar sein sollte. BIGs können also wie ein Sorbens wirken (eine Substanz, die andere Moleküle einfängt) und CO2 in festen Kalkstein (Calciumcarbonat) umwandeln. Atemkalk ist eine Mischung aus Kalzium- und Natriumhydroxid, die von Tauchern, U-Booten und anderen geschlossenen Atemumgebungen verwendet wird, um die ausgeatmete Luft zu filtern und eine gefährliche Ansammlung von CO2 zu verhindern. Die Luft kann dann mehrfach recycelt werden. Zum Beispiel ermöglichen Rebreather für Sporttaucher, lange unter Wasser zu bleiben, was sonst unmöglich ist.

Eine einzigartige Methode, die weniger Energie benötigt

Basierend auf diesem Verständnis entwickelten sie einen CO2-Trennzyklus, der eine wässrige BIG-Lösung verwendet. Bei dieser speziellen Methode zur Kohlenstoffabscheidung leiteten sie Rauchgas durch die Lösung, wodurch sich CO2-Moleküle an BIG-Sorbens binden und diese Bindung zu einem festen organischen Kalkstein kristallisieren würde. Beim Erhitzen dieser Feststoffe auf 120 Grad Celsius würde gebundenes CO2 freigesetzt, das dann gespeichert werden könnte. Da dieser Prozess im Vergleich zu bestehenden Verfahren zur Kohlenstoffabscheidung bei relativ niedrigeren Temperaturen abläuft, wird der Energiebedarf für den Prozess reduziert. Und festes Sorptionsmittel könnte wieder in Wasser gelöst und zur Wiederverwendung recycelt werden.

Aktuelle Technologien zur Kohlenstoffabscheidung haben viele anhaltende Probleme wie Speicherprobleme, hohe Energiekosten usw. Das Hauptproblem ist die Verwendung von flüssigen Sorptionsmitteln, die entweder verdampfen oder sich im Laufe der Zeit zersetzen und außerdem mindestens 60 Prozent der Gesamtenergie zum Erhitzen benötigen, was sehr hoch. Das feste Sorptionsmittel in der aktuellen Studie überwand die Energiebegrenzung, da CO2 aus einem kristallisierten festen Bicarbonatsalz gewonnen wird, das rund 24 Prozent weniger Energie benötigt. Auch nach 10 aufeinanderfolgenden Zyklen trat kein Sorbensverlust auf. Dieser geringere Energiebedarf kann die Kosten für die CO2-Abscheidung senken, und wenn wir Milliarden Tonnen COXNUMX berücksichtigen, kann diese Methode sehr wirksam sein, indem sie die Treibhausgasemissionen durch eine angemessene Abscheidung auf null reduziert.

Eine Einschränkung dieser Studie ist die relativ geringe CO2-Kapazität und Absorptionsrate, die auf die begrenzte Löslichkeit des BIG-Sorbens in Wasser zurückzuführen ist. Forscher versuchen, herkömmliche Lösungsmittel wie Aminosäuren mit diesen BIG-Sorbentien zu kombinieren, um diese Einschränkung zu beheben. Das aktuelle Experiment wurde in kleinem Maßstab durchgeführt, bei dem 99 Prozent CO2 aus Abgasen entfernt wurden. Der Prozess muss weiter optimiert werden, damit er skaliert werden kann, um jeden Tag mindestens eine Tonne CO2 und aus verschiedenen Arten von Emissionen abzuscheiden. Die Methode muss im Umgang mit Schadstoffen in Emissionen robust sein. Das ultimative Ziel einer CO2-Abscheidungstechnologie wäre die direkte Abscheidung von COXNUMX aus der Atmosphäre unter Verwendung einer erschwinglichen und energieeffizienten Methode.

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{Sie können das ursprüngliche Forschungspapier lesen, indem Sie auf den unten angegebenen DOI-Link in der Liste der zitierten Quellen klicken}

Quelle (n)

Williams N et al. 2019. CO2-Abscheidung über kristalline wasserstoffgebundene Bicarbonat-Dimere. Chem..
https://doi.org/10.1016/j.chempr.2018.12.025

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