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Aug 27, 2023

Eine neue Möglichkeit, Kohlendioxid einzufangen und zu recyceln

Die Kohlenstoffabscheidung der American Chemical Society ist eine vielversprechende Methode, um den Klimawandel zu verlangsamen. Bei diesem Ansatz wird Kohlendioxid (CO2) eingefangen, bevor es in die Atmosphäre entweicht, aber der Prozess

Amerikanische Chemische Gesellschaft

Die Kohlenstoffabscheidung ist eine vielversprechende Methode, um den Klimawandel zu verlangsamen. Bei diesem Ansatz wird Kohlendioxid (CO2) eingefangen, bevor es in die Atmosphäre entweicht, der Prozess erfordert jedoch viel Energie und Ausrüstung. Jetzt haben Forscher, die in ACS Central Science berichten, ein Abscheidungssystem entwickelt, das eine elektrochemische Zelle verwendet, die CO2 leicht aufnehmen und freisetzen kann. Das Gerät arbeitet bei Raumtemperatur und benötigt weniger Energie als herkömmliche Kohlenstoffabscheidungssysteme auf Aminbasis.

Viele Branchen greifen auf die Elektrifizierung zurück, um den CO2-Ausstoß zu senken, aber diese Technik ist nicht für alle Branchen durchführbar. Beispielsweise ist CO2 ein natürliches Nebenprodukt bei der Zementherstellung und trägt daher allein erheblich zu den Emissionen bei. Überschüssiges Gas kann mit Kohlenstoffabscheidungstechnologien eingefangen werden, die typischerweise auf Aminen basieren, die dabei helfen, den Schadstoff durch chemische Bindung an ihn zu „reinigen“. Dafür ist aber auch viel Energie, Wärme und Industrieanlagen nötig – die dabei noch mehr fossile Brennstoffe verbrennen können. Die Kohlenstoffabscheidung selbst könnte durch den Einsatz elektrochemischer Zellen elektrifiziert werden, und diese Geräte könnten mit erneuerbaren Energiequellen betrieben werden. Deshalb wollten Fang-Yu Kuo, Sung Eun Jerng und Betar Gallant eine elektrochemische Zelle entwickeln, die CO2 mit minimalem Energieaufwand einfach und reversibel einfangen kann.

Das Team entwickelte zunächst eine elektrochemische Zelle, die emittierten Kohlenstoff sowohl einfangen als auch freisetzen konnte, indem sie positiv geladene Kationen über ein in Dimethylsulfoxid gelöstes flüssiges Amin „schwingt“. Beim Entladen der Zelle interagierte ein starkes Lewis-Kation mit der Carbaminsäure, setzte CO2 frei und bildete das Carbamatamin. Als der Prozess umgekehrt wurde und die Zelle aufgeladen wurde, wurde das Kation entfernt und die Zelle konnte CO2 einfangen und dabei die Carbaminsäure neu bilden.

Die Forscher optimierten den Ionenschwingungsprozess mit einer Kombination aus Kalium- und Zinkionen. In einer Prototypzelle verwendeten sie diese beiden Ionen als Basis für die Kathode und Anode der Zelle. Diese Zelle benötigte weniger Energie als andere, wärmebasierte Zellen und war in ersten Experimenten mit anderen elektrochemischen Zellen konkurrenzfähig. Darüber hinaus testeten sie die Langzeitstabilität des Geräts und stellten fest, dass nach mehreren Lade- und Entladezyklen fast 95 % seiner ursprünglichen Kapazität erhalten blieben, was die Machbarkeit des Systems bewies. Die Forscher sagen, dass diese Arbeit zeigt, dass eine elektrochemische Alternative möglich ist und dazu beitragen könnte, Technologien zur kontinuierlichen CO2-Abscheidung und -Freisetzung für industrielle Anwendungen praktischer zu machen.

Die Autoren danken dem Massachusetts Institute of Technology Research Support Council für die Finanzierung.

Die Zusammenfassung des Papiers wird am 30. August um 8 Uhr Eastern Time hier verfügbar sein: http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acscentsci.3c00692

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