Kolavskiljning kan hjälpa landets kolanläggningar att minska utsläppen av växthusgaser, men ekonomiska utmaningar är en del av anledningen till att tekniken inte används i stor utsträckning idag. Det skulle kunna förändras om kraftverk kunde förvandla infångat kol till en användbar produkt.

Forskare vid det amerikanska energidepartementets Idaho National Laboratory har utvecklat en effektiv process för att omvandla infångad koldioxid till syngas, en blandning av H2 och CO som kan användas för att tillverka bränslen och kemikalier. Teamet har publicerat sina resultat i Grön kemi , en publicering av Royal Society of Chemistry .

Traditionella metoder för att återanvända kolet från CO2 innebär ett reduktionssteg som kräver höga temperaturer och tryck. Vid lägre temperaturer, CO2 förblir inte löst i vatten tillräckligt länge för att vara användbart. Processen som utvecklats vid INL tar itu med denna utmaning genom att använda specialiserade flytande material som gör CO2 mer löslig och gör att kolinfångningsmediet kan införas direkt i en cell för elektrokemisk omvandling till syngas.

"För första gången visades det att syngas kan produceras direkt från infångad CO2 - vilket eliminerar kravet på nedströms separationer, " skrev forskarna i Green Chemistry paper.

Den nyligen beskrivna processen använder switchable polarity solvents (SPS), flytande material som kan ändra polaritet när de utsätts för ett kemiskt medel. Denna egenskap gör det möjligt att kontrollera vilka molekyler som kommer att lösas upp i lösningsmedlet.

I en elektrokemisk cell, vattenoxidation sker på anodsidan, frigör O2-gas och vätejoner som sedan migrerar genom ett membran till katodsidan. Där, vätejonerna reagerar med bikarbonat (HCO3-, den form i vilken CO2 fångas upp i SPS), möjliggör utsläpp av CO2 för elektrokemisk reduktion och bildande av syngas. Vid utsläpp av CO2, SPS växlar polariteten tillbaka till en vattenolöslig form, möjliggör återvinning och återanvändning av kolinfångningsmediet.

Luis Diaz Aldana, huvudforskare på experimentet, och Tedd Lister, en av forskarna, bedriva elektrokemisk forskning vid INL. 2015, medan de åt lunch med kollegorna Eric Dufek och Aaron Wilson, de kom på idén att använda lösningsmedel med växlingsbar polaritet för att förvandla CO2 till syngas.

Teamet fick Laboratory Directed Research and Development-medel 2017. Hur lovande idén än var, i de första experimenten, för mycket väte och inte tillräckligt med syngas producerades. Resultaten förbättrades när teamet introducerade en stödjande elektrolyt för att öka jonkonduktiviteten. Tillsats av kaliumsulfat ökade elektrolytledningsförmågan med 47 procent, som möjliggjorde effektiv produktion av syngas.

När syngas kan produceras från infångad CO2 vid betydande strömtätheter, det ökar processchanserna för industriell tillämpning. Till skillnad från andra processer som kräver höga temperaturer och höga tryck, den SPS-baserade processen visade bäst resultat vid 25 grader C och 40 psi.

INL:s team har lämnat in ett provisoriskt patent och diskuterar tillvägagångssättet med ett företag i Bostonområdet som är involverat i forskning och utveckling inom elektrokemisk teknologi, sa Lister.

"Den integrerar två områden som har varit på parallella spår:kolavskiljning och -bindning (CCS) och CO2-utnyttjande, ", sa Diaz Aldana. "Problemet med CCS har varit dess ekonomiska genomförbarhet. Om du kan få ut lite extra värde av den CO2 du fångar upp, det är en annan historia."