Vang broeikasgassen op met behulp van licht

Onderzoekers van ETH Zürich ontwikkelen een nieuwe methode om kooldioxide te verwijderen₂ Vanuit de atmosfeer. Het gaat om moleculen die zuur worden bij blootstelling aan licht. Hun nieuwe proces vergt veel minder energie dan traditionele technieken.

Kort

• Onderzoekers gebruiken moleculen die interageren met licht om de zuurgraad van de vloeistof te beïnvloeden en zo koolstofdioxide vast te houden₂.
• Ze ontwikkelden een speciaal mengsel van verschillende oplosmiddelen om ervoor te zorgen dat de lichtreactieve moleculen gedurende een lange periode stabiel blijven.
• Traditionele technologieën voor koolstofafvang zijn afhankelijk van temperatuur- of drukverschillen en vereisen een grote hoeveelheid energie. Met het nieuwe, op licht gebaseerde proces is dit niet langer nodig.

Als we de opwarming van de aarde willen vertragen, moeten we de uitstoot van broeikasgassen drastisch verminderen. We moeten onder meer afstappen van fossiele brandstoffen en energie-efficiëntere technologieën gebruiken. Het terugdringen van de uitstoot alleen zal echter niet voldoende zijn om de klimaatdoelstellingen te verwezenlijken. We moeten ook grote hoeveelheden koolstofdioxide opvangen₂ uit de atmosfeer en permanent ondergronds opgeslagen of gebruikt als koolstofneutrale grondstof voor de industrie. Helaas vergen de technologieën voor koolstofafvang die vandaag de dag beschikbaar zijn een grote hoeveelheid energie en zijn daarom duur.

Daarom ontwikkelen onderzoekers van ETH Zürich een nieuwe methode die gebruik maakt van licht. Met dit proces zal de energie die nodig is om koolstof vast te leggen in de toekomst van de zon komen.

Lichtgestuurde zuurschakelaar

Onder leiding van Maria Lukatskaya, hoogleraar elektrochemische energiesystemen, maken wetenschappers gebruik van het feit dat in zure waterige vloeistoffen CO₂ Bestaat als CO₂Maar in alkalische waterige vloeistoffen reageert het om zouten van koolzuur te vormen, bekend als carbonaten. Deze chemische reactie is omkeerbaar. De zuurgraad van een vloeistof bepaalt of deze kooldioxide bevat₂ Of carbonaat.

Om de zuurgraad van de vloeistof te beïnvloeden, voegden de onderzoekers moleculen toe, fotozuren genaamd, die reageren met licht. Als deze vloeistof met licht wordt bestraald, maken de moleculen deze zuur. In het donker keert het terug naar zijn oorspronkelijke staat, waardoor de vloeistof alkalischer wordt.

Zo werkt de methode van de ETH-onderzoekers in detail: De onderzoekers scheiden de kooldioxide af₂ Vanuit de lucht door lucht in het donker door een vloeistof te leiden die fotozuren bevat. Omdat deze vloeistof alkalisch is, koolstofdioxide₂ Het reageert en vormt een carbonaat. Zodra de zouten in de vloeistof zich in belangrijke mate ophopen, bestralen de onderzoekers de vloeistof met licht. Hierdoor wordt het zuur en worden de carbonaten omgezet in kooldioxide₂. Bedrijf₂ Er komen belletjes uit de vloeistof, net als in een colaflesje, en kunnen worden opgevangen in gastanks. Wanneer er nauwelijks CO is₂ Wanneer ze in de vloeistof worden gelaten, doen de onderzoekers het licht uit en begint de cyclus opnieuw, waarbij de vloeistof klaar is om koolstofdioxide op te vangen₂.

Het hangt allemaal af van het mengsel

Maar in de praktijk was er een probleem: de gebruikte fotozuren waren instabiel in water. “Tijdens onze eerste experimenten realiseerden we ons dat de moleculen na een dag zouden ontbinden”, zegt Anna de Vries, een promovendus in de groep van Lukatskaya en hoofdauteur van het onderzoek.

Dus analyseerden Lukatskaya, de Vries en hun collega's de ontbinding van het molecuul. Ze losten het probleem op door hun reactie niet in water uit te voeren, maar in een mengsel van water en een organisch oplosmiddel. Wetenschappers konden via laboratoriumexperimenten de optimale verhouding van twee vloeistoffen bepalen en hun resultaten verklaren dankzij modelberekeningen van onderzoekers van de Sorbonne Universiteit in Parijs.

Enerzijds stelde dit mengsel hen in staat de fotozuurmoleculen gedurende ongeveer een maand stabiel in oplossing te houden. Aan de andere kant zorgde het ervoor dat licht kon worden gebruikt om de oplossing naar behoefte heen en weer te schakelen tussen zuur en alkalisch. Als onderzoekers het organische oplosmiddel zonder water zouden gebruiken, zou de reactie onomkeerbaar zijn.

Doen zonder verwarming

Andere koolstofafvangprocessen zijn ook cyclisch. Eén goedgekeurde methode werkt met filters die kooldioxide opvangen₂ moleculen bij omgevingstemperatuur. Om koolstofdioxide later te verwijderen₂ Van de filters moeten deze worden verwarmd tot ongeveer 100°C. Verwarming en koeling zijn echter energie-intensief: ze vertegenwoordigen het grootste deel van de energie die nodig is voor de filtratiemethode. “Ons proces vereist daarentegen geen verwarming of koeling en vergt dus veel minder energie. zegt Loekatskaja. Bovendien zou de nieuwe methode van de ETH-onderzoekers mogelijk alleen met zonlicht kunnen werken.

“Een ander interessant aspect van ons systeem is dat we binnen enkele seconden van alkalisch naar zuur kunnen gaan en binnen enkele minuten weer terug naar alkalisch. Hierdoor kunnen we veel sneller schakelen tussen koolstofafvang en -uitstoot dan een op temperatuur gebaseerd systeem.” legt De Vries uit.

Met dit onderzoek toonden de onderzoekers aan dat fotozuren in het laboratorium kunnen worden gebruikt om kooldioxide op te vangen₂. Hun volgende stap op weg naar volwassenheid op het gebied van commercialisering zal het vergroten van de stabiliteit van fotozuurmoleculen zijn. Ze moeten ook de parameters van het hele proces controleren om het verder te verbeteren.

bron: https://ethz.ch/en