Stworzyliśmy pożeracza CO2. Jest taniutki i doprowadzi do przełomu
Zamiast gorąca jak z piekła i ogromnych rachunków za energię, wystarczy 70 stopni. Naukowcy pokazali nowy, nietoksyczny materiał do wychwytu CO2 z powietrza.
W laboratorium chemicznym w Helsinkach powstał materiał, który dosłownie zjada dwutlenek węgla prosto z powietrza i oddaje go niemal na nasze żądanie. Zamiast pieców rozgrzanych do kilkuset stopni wystarczy podgrzać go do zaledwie 70 stopni Celsjusza przez pół godziny. Dla technologii bezpośredniego wychwytu CO2 z powietrza, która dziś tonie w kosztach energii, to może być prawdziwy przełom.
Płynna pułapka na dwutlenek węgla
Nowy materiał został opracowany przez zespół chemiczny Uniwersytetu w Helsinkach. Za koncepcję odpowiada dr Zahra Eshaghi Gorji, która przez ponad rok testowała różne zasady i alkohole, szukając kombinacji najlepiej wiążącej dwutlenek węgla z powietrza.
Efekt to specjalny płyn – mieszanina tzw. superzasady TBN i alkoholu benzylowego. W chemii nazywa się to głębokim rozpuszczalnikiem eutektycznym, w skrócie DES. Jest to rodzaj cieczy, w której dwa składniki tworzą stabilną mieszaninę o właściwościach innych niż każdy z nich z osobna.
Ten konkretny DES zachowuje się dosłownie jak selektywna gąbka na CO2. Jeden gram płynu potrafi pochłonąć około 0,156 grama dwutlenku węgla prosto z nieprzetworzonego powietrza o wilgotności powyżej 90 proc. Nie reaguje za to z tlenem, azotem ani innymi głównymi składnikami atmosfery. Dla technologii wychwytu bezpośredniego, która musi wyciągać śladowe ilości CO2 z ogromnych mas powietrza, tak wysoka pojemność jest wyjątkowa.
Co to jest DAC i dlaczego 70 stopni robi różnicę?
Bezpośredni wychwyt dwutlenku węgla z powietrza, czyli DAC, ma prosty cel: sprowadzić stężenie CO2 w atmosferze w dół, niezależnie od tego, gdzie powstały emisje. W praktyce jest to jednak jedna z najtrudniejszych technologii klimatycznych. CO2 jest w powietrzu bardzo mało, a jego wychwycenie wymaga zwykle dużych instalacji i ogromnych ilości energii do podgrzewania sorbentów. W wielu obecnie stosowanych materiałach do regeneracji, czyli uwolnienia czystego CO2, potrzebne są temperatury sięgające nawet około 900 stopni Celsjusza. To sprawia, że każdy kilogram wychwyconego gazu ma za sobą wysoki koszt energetyczny i finansowy.
W nowym fińskim rozwiązaniu ważna różnica polega na tym, że związanego CO2 można się pozbyć przy zaledwie 70 stopniach Celsjusza. Po półgodzinnym podgrzewaniu sorbent oddaje dwutlenek węgla w formie czystego gazu, gotowego do dalszego wykorzystania lub wtłoczenia pod ziemię. Po schłodzeniu płyn znów nadaje się do pracy.
Tak niski próg temperaturowy otwiera drogę do wykorzystania ciepła odpadowego z procesów przemysłowych albo tańszych, niższych temperatur z instalacji opartych na odnawialnych źródłach energii. Innymi słowy, ten typ materiału może znacząco obniżyć rachunek energetyczny całego procesu DAC.
Superzasada TBN i głęboki rozpuszczalnik eutektyczny – chemia w służbie klimatu
Sercem nowego systemu jest 1,5,7-triazabicyklo[4.3.0]non-6-en, czyli tzw. superzasada. W chemii tym mianem określa się związki, które wyjątkowo chętnie przyjmują protony i potrafią bardzo skutecznie wchodzić w reakcje kwas–zasada, także z dwutlenkiem węgla.
Po połączeniu TBN z alkoholem benzylowym powstaje głęboki rozpuszczalnik eutektyczny. To szczególny typ cieczy, w której składniki wzajemnie obniżają sobie temperaturę topnienia, tworząc stabilny, często lepiej przewidywalny układ. Można powiedzieć, że DES są od kilku lat gwiazdą zielonej chemii, bo można je projektować tak, by były nietoksyczne, odporne na wilgoć i dopasowane do konkretnego zadania.
W przypadku nowego sorbentu CO2 liczy się kilka cech naraz: bardzo wysoka pojemność sorpcyjna, odporność na dużą wilgotność otoczenia, możliwość wielokrotnego użycia i brak toksyczności. Według autorów badań TBN w duecie z alkoholem benzylowym spełnia te warunki lepiej niż inne znane dotąd płynne absorbenty do DAC.
Setki cykli pracy i brak lęku przed wilgocią
Nowy sorbent do wychwytu CO2 sprawdził się już w stu cyklach pochłaniania i uwalniania gazu – po 50. zachował 74 proc. wydajności, a po stu wciąż około połowy. Dodatkowo wykazuje wysoką odporność na wilgoć – nawet przy ponad 90 proc. wilgotności powietrza skutecznie wychwytuje CO2, co jest istotne dla działania DAC w rzeczywistych warunkach. Na plus działa też niska toksyczność i prosty skład: TBN i alkohol benzylowy to tanie i łatwo dostępne surowce.
Przeczytaj także:
Choć na razie testy nowego sorbentu CO2 prowadzone są dosłownie na gramach materiału, naukowcy już teraz planują przejście do wersji stałej, możliwej do użycia w kolumnach pilotażowych instalacji DAC. Ważne będzie związanie cieczy z porowatymi nośnikami, jak krzemionka czy tlenek grafenu, co zwiększy powierzchnię kontaktu z powietrzem i poprawi przepływ gazu. Kolejnym etapem będzie przeskalowanie technologii do kilogramów i ton oraz testy w warunkach zbliżonych do przemysłowych, by sprawdzić, czy rozwiązanie sprawdzi się poza laboratorium.
*Grafika wprowadzająca wygenerowana przez AI
Jest tego więcej
Ustaw Spider’s Web jako preferowane medium w Google
