Forscher stellen Salze für eine kostengünstige und effiziente CO2-Abscheidung her; imitiert Methanhydrat

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 unter Verwendung eines einkristallinen Clathratsalzes auf Guanidiniumsulfatbasis entwickelt. Ein Open-Access-Artikel über ihre Arbeit erscheint in Cell Reports Physical Science.

Methanhydrat wird auf seine Fähigkeit untersucht, Gasmoleküle wie Kohlendioxid unter hohem Druck einzufangen und einzufangen. Allerdings ist es schwierig bis unmöglich, diese Bedingungen im Labor nachzubilden, und der Ansatz ist zudem energieintensiv, da der Methan-Eis-Feststoff gekühlt werden muss. Mithilfe von Guanidiniumsulfat-basiertem Salz haben die Wissenschaftler erfolgreich gitterartige Strukturen, sogenannte Clathrate, geschaffen, die die Methanhydrataktivität effektiv nachahmen, die CO2-Moleküle einfangen und zu einer energieeffizienten Methode zur Eindämmung des Treibhausgases führen.

Das Guanidiniumsulfat dient dazu, die CO2-Moleküle zu organisieren und einzufangen, ohne mit ihnen zu reagieren. Wir haben ein seltenes Beispiel eines Clathrats entdeckt, das bei Umgebungstemperatur und -druck stabil und nicht korrodierend ist, eine äußerst wünschenswerte Eigenschaft im Vergleich zu Ethanolamin, Ammoniak und anderen Lösungen, die üblicherweise bei der Kohlenstoffabscheidung verwendet werden.

Frühere Methoden zur Kohlenstoffabscheidung umfassten die Chemisorption, bei der sich chemische Bindungen zwischen CO2-Molekülen und der Oberfläche bilden. Dieser Prozess hat gut funktioniert; Die chemischen Bindungen erfordern jedoch Energie, um sie aufzubrechen, was die Kosten für die CO2-Abscheidung in die Höhe treibt. Die salzbasierte Clathratstruktur nutzt energiearme Physisorptionsprozesse und fängt dabei CO2 ohne Einmischung von Wasser oder Stickstoff ein und eröffnet so einen vielversprechenden Ort für zukünftige Technologien zur Kohlenstoffabscheidung und -speicherung durch schnelle CO2-Verfestigung.

Schematische Darstellung reversibler Clathratbildungen mit Druckwechsel für den CO2-Abscheidungs- und -Freisetzungsprozess. (A) CO2-Hydrat, bei dem CO2-Moleküle bei hohen Drücken und niedrigen Temperaturen in Wasserclustern gefangen sind. (B) Ein Clathrat aus Guanidiniumsulfat und CO2, CO2@Gua2SO4, wobei CO2 bei Drücken von nur 32 kPa und Temperaturen bei Rauchgasbedingungen (35 °C und darunter) eingefangen werden kann. Xiang et al.

Die Entdeckung führt eine neue Möglichkeit ein, Kohlendioxid als Feststoff zu speichern und zu transportieren. CO2 wird herkömmlicherweise als Feststoff in Form von Trockeneis transportiert; in Gasflaschen komprimiert; oder in Form von Carbonaten. Durch das Salzclathrat kann CO2 als festes Pulver transportiert werden, wodurch ein bemerkenswert hohes Volumen pro Gewichtskapazität erzielt wird. Damit ist diese Methode die am wenigsten energieintensive Methode mit enormem Potenzial für reale Anwendungen.

Unser Team hat es möglich gemacht, CO2 in fester Form zu transportieren, ohne dass Kühlung oder Druck erforderlich sind. Von nun an können Sie CO2-beladene Feststoffe buchstäblich schaufeln. Die Auswirkungen sind weitreichend und stark, da die globale Kraftstoffindustrie und die Unternehmen des Königreichs aktiv nach Möglichkeiten suchen, CO2 ohne erhebliche Energieeinbußen abzufangen, zu speichern und zu transportieren.

Das Forschungsteam ist optimistisch, dass ihre Ergebnisse zu weiteren Verbesserungen der CO2-Abscheidung in Bezug auf Stabilität, Recyclingfähigkeit, Sorptionskapazität und Selektivität sowie zu einer Verringerung der Energieeinbußen und -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.

Ressourcen

Zhiling Xiang, Congyan Liu, Chunhui Chen, Xin Xiao, Thien S. Nguyen, Cafer T. Yavuz, Qiang Xu, Bo Liu (2023) „Synthese von stabilem einkristallinem Kohlendioxid-Clathrat-Pulver durch Druckwechselkristallisation“, Cell Reports Physical Wissenschaft, doi: 10.1016/j.xcrp.2023.101383

Gepostet am 08. Mai 2023 in Kohlenstoffabscheidung und -speicherung (CCS), Markthintergrund | Permalink | Kommentare (3)