Το διοξείδιο του άνθρακα (CO2) είναι ένα από τα κύρια αέρια που συμβάλλουν στην κλιματική αλλαγή στη Γη. Η άμεση απομάκρυνση αυτού του αερίου από την ατμόσφαιρα θα μπορούσε να συμβάλει στον περιορισμό της κλιματικής αλλαγής, παράλληλα με άλλες προσπάθειες για τη μείωση των εκπομπών από βιομηχανικές διεργασίες και άλλες ανθρώπινες δραστηριότητες.
Οι διαδικασίες
Πολλές από τις υπάρχουσες τεχνολογίες άμεσης δέσμευσης από τον αέρα (Direct Air Capture - DAC) βασίζονται σε υλικά που δεσμεύουν προσωρινά το CO2 και στη συνέχεια θερμαίνονται για να το απελευθερώσουν, ώστε να καταστεί δυνατή η συλλογή του. Αυτή η επαναλαμβανόμενη διαδικασία θέρμανσης και ψύξης μπορεί να απαιτεί σημαντική ενέργεια.
Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Delaware και την εταιρεία RepAir DAC Ltd. ανέπτυξαν πρόσφατα μια νέα συσκευή που βασίζεται στην τεχνολογία μπαταριών και θα μπορούσε να μειώσει την κατανάλωση ενέργειας και το κόστος που συνήθως σχετίζονται με τις τεχνολογίες δέσμευσης άνθρακα.
Το σύστημα που προτείνουν, το οποίο παρουσιάστηκε σε άρθρο στο περιοδικό *Nature Energy*, βασίζεται στον ηλεκτρισμό για την ενεργοποίηση της δέσμευσης άνθρακα, αντί για τις επαναλαμβανόμενες διαδικασίες θέρμανσης και ψύξης.
Η δέσμευση άνθρακα
«Η ηλεκτροχημική δέσμευση άνθρακα αποτελεί μια πολλά υποσχόμενη λύση χαμηλού ενεργειακού κόστους για την άμεση δέσμευση από τον αέρα (DAC), καθώς αξιοποιεί ηλεκτρική ενέργεια από ανανεώσιμες πηγές και αποφεύγει την παραδοσιακή, ενεργοβόρα μέθοδο προσρόφησης με εναλλαγή θερμοκρασίας (thermal swing sorption)», έγραψαν στο άρθρο τους οι James R. Buchen, Teng Wang και οι συνεργάτες τους.
«Αν και έχουν προταθεί διάφορες ηλεκτροχημικές συσκευές, ελάχιστες έχουν επιτύχει το αναμενόμενο χαμηλό ενεργειακό κόστος διατηρώντας παράλληλα υψηλή ανθεκτικότητα και πλήρη καθαρισμό του CO2· επιπλέον, σπάνια λαμβάνονται υπόψη η κλιμάκωση της παραγωγής και η πτώση πίεσης για αυτές τις συσκευές».
Μια πολλά υποσχόμενη συσκευή δέσμευσης άνθρακα
Η νέα συσκευή αξιοποιεί τον σχεδιασμό μπαταρίας υδροξειδίου του νικελίου για να πυροδοτήσει χημικές αντιδράσεις που δεσμεύουν και απελευθερώνουν CO2. Θα μπορούσε επίσης να τροφοδοτείται με ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται από ανανεώσιμες πηγές, όπως η ηλιακή ή η αιολική ενέργεια.
Σε αντίθεση με πολλές άλλες λύσεις που έχουν παρουσιαστεί στο παρελθόν, η συσκευή της ομάδας δεν απαιτεί επαναλαμβανόμενη θέρμανση και ψύξη (δηλαδή προσρόφηση με εναλλαγή θερμοκρασίας) για τη δέσμευση και την απελευθέρωση του CO2. Οι ερευνητές ανέπτυξαν ένα αρχικό πρωτότυπο της συσκευής με επιφάνεια λειτουργίας 25 cm² και δοκίμασαν την απόδοσή του σε εργαστηριακό περιβάλλον.
Τα αρχικά τους ευρήματα ήταν ενθαρρυντικά, καθώς η εργαστηριακή συσκευή επέδειξε ανθεκτικότητα κατά τη λειτουργία της για 5.000 ώρες. Σε μια ξεχωριστή δοκιμή διάρκειας 48 ωρών, ένα μεγαλύτερο πρωτότυπο κατανάλωσε 0,83 μεγαβατώρες ηλεκτρικής ενέργειας ανά τόνο δεσμευμένου διοξειδίου του άνθρακα. «Παρουσιάζουμε έναν συμμετρικό σχεδιασμό μπαταρίας υδροξειδίου του νικελίου με μεμβράνη ανταλλαγής ιόντων υδροξειδίου, η οποία δοκιμάστηκε για την αντοχή της σε διάταξη εργαστηριακής κλίμακας επιφάνειας 25 cm² για 5.000 ώρες», έγραψαν οι ερευνητές.
«Σε δοκιμή διάρκειας 48 ωρών, μια ηλεκτροχημική διάταξη (στοίβα) κλιμακωμένης ισχύος και διαστάσεων 9 × 300 cm² πέτυχε ενεργειακό κόστος 132 kJ molCO2⁻¹ και ροή 0,19 molCO2 m⁻² h⁻¹, τιμές που αντιστοιχούν σε 0,83 MWh tCO2⁻¹ και 75 kgCO2 m⁻² έτος⁻¹. Επιπλέον, η διάταξη πιλοτικής κλίμακας πληροί τις απαιτήσεις για πτώση πίεσης 300 Pa που ισχύουν για την τεχνολογία άμεσης δέσμευσης από τον αέρα (DAC).»
Η συσκευή που ανέπτυξαν οι ερευνητές περιλαμβάνει δύο ηλεκτρόδια με βάση το υδροξείδιο του νικελίου, ένα υλικό που μπορεί να αντιδράσει χημικά όταν εφαρμόζεται σε αυτό ηλεκτρικό ρεύμα. Στον χώρο ανάμεσα στα ηλεκτρόδια, η ομάδα τοποθέτησε μια ειδική μεμβράνη που επιτρέπει τη διέλευση αρνητικά φορτισμένων σωματιδίων.
Προς μια πιο οικονομική δέσμευση άνθρακα
Στο πλαίσιο της μελέτης τους, η ομάδα εκτίμησε το πιθανό κόστος δέσμευσης άνθρακα που συνδέεται με τη συσκευή τους. Χρησιμοποιώντας εκτιμήσεις για τη μείωση του κόστους καθώς βελτιώνονται οι ενεργειακές τεχνολογίες και επεκτείνεται η παραγωγή, η ομάδα σκιαγράφησε μια πιθανή πορεία για τη μείωση του κόστους δέσμευσης κάτω από τα 100 δολάρια ανά τόνο CO2.
Στο μέλλον, το νέο σύστημα δέσμευσης άνθρακα θα μπορούσε να βελτιωθεί περαιτέρω και να αξιολογηθεί μέσω ενός ευρύτερου φάσματος δοκιμών. Εάν τελικά διατεθεί στο εμπόριο και συνδυαστεί με ηλεκτρική ενέργεια χαμηλών εκπομπών και τη μακροπρόθεσμη αποθήκευση του δεσμευμένου CO2, το σύστημα θα μπορούσε να συμβάλει στις προσπάθειες για τον μετριασμό της κλιματικής αλλαγής.
www.worldenergynews.gr
