Ein Team internationaler Forscher unter der Leitung von Professor Cafer T. Yavuz von der King Abdullah University of Science and Technology (KAUST), Prof. Bo Liu von der University of Science and Technology of China (USTC) und Prof. Qiang Xu von der Southern University of Science and Technology (SUSTech) haben eine vielversprechende Methode zur Kohlenstoffabscheidung und -speicherung entwickelt.
Methanhydrat wird auf seine Fähigkeit untersucht, Gasmoleküle wie Kohlendioxid unter hohem Druck einzufangen und einzufangen. Es ist jedoch schwierig bis unmöglich, diese Bedingungen im Labor nachzubilden, und der Ansatz ist zusätzlich energieintensiv, da der Methan-Eis-Feststoff gekühlt werden muss. Unter Verwendung eines Salzes – Guanidiniumsulfat – haben die Wissenschaftler erfolgreich gitterartige Strukturen namens Clathrate geschaffen, die die Methanhydrataktivität effektiv nachahmen, die CO2-Moleküle einfangen und zu einer energieeffizienten Art und Weise führen, das Treibhausgas einzudämmen.
„Das Guanidiniumsulfat dient dazu, die CO2-Moleküle zu organisieren und einzufangen, ohne mit ihnen zu reagieren“, sagte Cafer Yavuz, Professor für Chemie und Direktor des KAUST Oxide and Organic Nanomaterials for Energy & Environment (ONE) Laboratory. „Wir haben ein seltenes Beispiel für ein Clathrat entdeckt, das bei Umgebungstemperatur und -druck stabil und nicht korrosiv ist, eine äußerst wünschenswerte Eigenschaft im Vergleich zu Ethanolamin, Ammoniak und anderen Lösungen, die üblicherweise bei der Kohlenstoffabscheidung verwendet werden.“
Frühere Verfahren zur Kohlenstoffabscheidung umfassten die Chemisorption, bei der sich chemische Bindungen zwischen CO2-Molekülen und der Oberfläche bilden. Dieser Prozess funktionierte gut; Die chemischen Bindungen erfordern jedoch Energie, um sie aufzubrechen, was die Kosten der CO2-Abscheidung in die Höhe treibt. Die salzbasierte Clathratstruktur nutzt niederenergetische Physisorptionsprozesse, während sie CO2 ohne Wasser- oder Stickstoffinterferenz einfängt, was einen vielversprechenden Ansatzpunkt für zukünftige Technologien zur Kohlenstoffabscheidung und -speicherung durch schnelle CO2-Verfestigung eröffnet.
Die Entdeckung führt eine neue Art der Speicherung und des Transports von Kohlendioxid als Feststoff ein. CO2 wird üblicherweise als Feststoff in Form von Trockeneis transportiert; komprimiert in Gasflaschen; oder in Form von Carbonaten. Das Salz-Clathrat ermöglicht es, CO2 als festes Pulver zu transportieren, was ein bemerkenswert hohes Volumen pro Gewichtskapazität ergibt, was diese Methode zur am wenigsten energieintensiv macht und ein enormes Potenzial für reale Anwendungen bietet.
„Unser Team hat es möglich gemacht, CO2 in fester Form ohne Kühlung oder Druck zu transportieren. Von nun an können Sie mit CO2 beladene Feststoffe buchstäblich schaufeln“, sagte er. „Die Auswirkungen sind weitreichend und stark, da die globale Kraftstoffindustrie und die Königreichsbehörden aktiv nach Wegen suchen, CO2 ohne erhebliche Energieeinbußen abzuscheiden, zu speichern und zu transportieren.“
Die Methode könnte einen erheblichen Einfluss auf den Kampf gegen den Klimawandel haben und eine energieeffiziente Kohlenstoffabscheidung und -speicherung ermöglichen. Das Forschungsteam ist optimistisch, dass seine Ergebnisse zu weiteren Verbesserungen der CO2-Abscheidung in Bezug auf Stabilität, Recyclingfähigkeit, Sorptionskapazität und Selektivität sowie zu einer Senkung des Energieaufwands und der Kosten für die Regeneration führen werden.
Die Forschung wurde an der Southern University of Science and Technology, der University of Science and Technology of China und der King Abdullah University of Science and Technology durchgeführt. Die Forschungsergebnisse wurden in der Zeitschrift veröffentlicht Zellberichte Physikalische Wissenschaft.
Mehr Informationen:
Zhiling Xiang et al, Synthese von stabilem einkristallinem Kohlendioxid-Clathratpulver durch Druckwechselkristallisation, Zellberichte Physikalische Wissenschaft (2023). DOI: 10.1016/j.xcrp.2023.101383