Novi način za hvatanje CO2 iz industrijskih emisija

Hvatanje ugljika je obećavajuća metoda za usporavanje klimatskih promjena. Ovim pristupom ugljični dioksid biva zarobljen prije nego što pobjegne u atmosferu, ali proces zahtijeva veliku količinu energije i opreme.

U radu objavljenom na stranici Američkog kemijskog društva ACS, istraživači MIT-a su dizajnirali sustav za hvatanje pomoću elektrokemijske ćelije koja može lako uhvatiti i otpustiti CO2. Uređaj radi na sobnoj temperaturi i zahtijeva manje energije od konvencionalnih sustava za hvatanje ugljika na bazi amina.

Mnoge se industrije okreću elektrifikaciji kako bi pomogle u smanjenju emisije ugljika, ali ova tehnika nije izvediva za sve sektore. Na primjer, CO2 je prirodni nusprodukt proizvodnje cementa, koji sam po sebi doprinosi emisijama. Višak plina može se uhvatiti tehnologijama za hvatanje ugljika, koje se obično oslanjaju na amine koji pripadaju skupini organskih spojeva i imaju najmanje jedan ili više dušikovih atoma u molekuli te pomažu u "pročišćavanju" zagađivača kemijskim vezivanjem za njega.

Ali to također zahtijeva mnogo energije, topline i industrijske opreme, koja može sagorjeti još više fosilnih goriva u procesu. Hvatanje ugljika moglo bi se samo elektrificirati korištenjem elektrokemijskih ćelija, a ti bi se uređaji mogli napajati obnovljivim izvorima energije. MIT-jevi znanstvenici Fang-Yu Kuo, Sung Eun Jerng i Betar Gallant htjeli su razviti elektrokemijsku ćeliju koja može lako i reverzibilno uhvatiti CO2 s minimalnim unosom energije.

Tim je prvo razvio elektrokemijsku ćeliju koja može uhvatiti i osloboditi emitirani ugljik "ljuljanjem" pozitivno nabijenih kationa preko tekućeg amina otopljenog u dimetil sulfoksidu. Kada je ćelija ispražnjena, jaki Lewisov kation stupio je u interakciju s karbaminskom kiselinom, oslobađajući CO2 i stvarajući karbamat amin. Kada je proces obrnut i stanica napunjena, kation je uklonjen, a stanica je mogla uhvatiti CO2 i reformirati karbaminsku kiselinu u procesu. 

Istraživači su optimizirali proces mijenjanja iona kombinacijom iona kalija i cinka. U prototipu ćelije upotrijebili su ova dva iona kao osnovu za katodu i anodu ćelije. Ova ćelija je zahtijevala manje energije od drugih ćelija koje se temelje na toplini i bila je konkurentna drugim elektrokemijskim ćelijama u početnim eksperimentima.

Osim toga, testirali su dugoročnu stabilnost uređaja i otkrili da je gotovo 95% njegovog izvornog kapaciteta održano nakon nekoliko ciklusa punjenja i pražnjenja, pokazujući da je sustav izvediv. Istraživači kažu da ovaj rad pokazuje da je elektrokemijska alternativa moguća i da bi mogla pomoći da tehnologije kontinuiranog hvatanja i otpuštanja CO2 budu praktičnije za industrijske primjene.