Ein neues, auf Biomasse basierendes Material, das von Forschern des FAMU-FSU College of Engineering entwickelt wurde, kann zum wiederholten Auffangen und Freisetzen von Kohlendioxid verwendet werden.
Das Material besteht hauptsächlich aus Lignin, einem organischen Molekül, das ein Hauptbestandteil von Holz und anderen Pflanzen ist und Kohlendioxid (CO2) aus konzentrierten Quellen oder direkt aus der Luft aufnehmen kann. Die Forschung erscheint In Fortschrittliche Materialien.
„Das Schöne an dieser Arbeit ist die Fähigkeit, die Aufnahme und Freisetzung von CO2 ohne hohen Druck oder extreme Temperaturen präzise zu steuern“, sagte der Co-Autor der Studie, Hoyong Chung, außerordentlicher Professor am FAMU-FSU College of Engineering. „Unsere Tests haben gezeigt, dass die Struktur dieses Materials auch nach mehrmaliger Verwendung gleich geblieben ist, was es zu einem vielversprechenden Instrument zur Reduzierung der Kohlenstoffemissionen macht.“
In früheren Forschungsarbeiten entwickelte Chungs Team ein Polymer auf Lignin- und CO2-Basis, das eine mögliche Alternative zu herkömmlichem Kunststoff auf Erdölbasis darstellte. Dieser Artikel führt diese Forschung weiter und zeigt die Möglichkeit auf, den Prozess umzukehren und das Material in Zukunft wiederzuverwenden, um CO2 zu absorbieren.
Da Lignin in Pflanzen vorkommt, ist es reichlich und billig vorhanden und wird häufig als Nebenprodukt bei der Holzverarbeitung gewonnen. Wissenschaftler arbeiten daran, neue Wege zur Nutzung dieser natürlichen Ressource zu finden.
Ein Gramm des von Chungs Team entwickelten Materials absorbierte 47 Milligramm – etwa 5 Prozent des Gewichts des ursprünglichen Materials – CO2 aus einer konzentrierten Quelle und 26 Milligramm aus der Umgebungsluft. Das absorbierte CO2 kann dauerhaft gebunden oder für verschiedene Anwendungen wie Fertigung, Landwirtschaft und andere freigegeben werden.
Der Freisetzungsmechanismus überraschte die Forscher. Bei der Analyse einer Probe mittels Kernspinresonanzspektroskopie stellten sie fest, dass bei Erhitzung der Probe Blasen auftraten.
„Das hat unsere Neugier geweckt“, sagte Chung. „Was ist hier los? Warum sehen wir jedes Mal diese kleinen Blasen, wenn wir versuchen, dieses Polymer zu analysieren?“
Weitere Untersuchungen ergaben, dass das Material durch Hitze CO2 freisetzte. Die Forscher untersuchten die Reaktion und fanden heraus, dass sie durch die Kontrolle der auf die Probe einwirkenden Hitze die Menge des freigesetzten CO2 kontrollieren konnten. Sie zeigten auch die Möglichkeit auf, das freigesetzte Gas in anderen Reaktionen zu verwenden.
Um das CO2 freizusetzen, reichen Temperaturen von etwa 60 Grad Celsius bei normalem atmosphärischem Druck aus. Hohe Temperaturen und Drücke sind also für den Wiederverwendungsprozess nicht erforderlich. Diese CO2-Freisetzungstemperatur kann für verschiedene Anwendungen erhöht oder gesenkt werden.
„Das ist wie ein Schwamm für CO2, der es aufnimmt, freigibt und trocknet, damit er mehr aufnehmen kann“, sagte Chung. „Es ist faszinierend zu sehen, was mit diesem Material möglich ist.“
Der Postdoktorand Arijit Ghorai war der Hauptautor der Studie.
Weitere Informationen:
Arijit Ghorai et al., Ionische Ligninpolymere zur kontrollierten CO2-Abscheidung, -Freisetzung und -Umwandlung in hochwertige Chemikalien, Fortschrittliche Materialien (2024). DOI: 10.1002/adma.202406610