Forskare vid Department of Energy's Oak Ridge National Laboratory (ORNL) har utvecklat en process som tar bort CO2 från kolförbrännande kraftverksutsläpp på ett sätt som liknar hur sodakalk fungerar i dykningsrebreathers. Deras forskning, publicerad 31 januari i tidskriften Chem , erbjuder en alternativ men enklare strategi för koldioxidavskiljning och kräver 24 % mindre energi än industriella benchmarklösningar.

Sodakalk är en fast benvit blandning av kalcium- och natriumhydroxider som används i scuba rebreathers, ubåtar, anestesi, och andra slutna andningsmiljöer för att förhindra giftig ansamling av CO2-gas. Blandningen fungerar som en sorbent (ett ämne som samlar upp andra molekyler), omvandlas till kalciumkarbonat (kalksten) när det samlar CO2. ORNL-teamets CO2-skrubber arbetar i huvudsak på samma sätt för att behandla den CO2-rika rökgas som frigörs från koleldade kraftverk – även om avancerad kolavskiljningsteknik inte alltid var deras mål.

"Vi snubblade först in i den här forskningen av en slump, " säger seniorförfattaren Radu Custelcean, en forskare vid ORNL.

Custelcean och hans team "återupptäckte" nyligen en klass av organiska föreningar som kallas bis-iminoguanidiner (BIGs), som först rapporterades av tyska forskare vid 1900-talets början och nyligen noterade för sin förmåga att selektivt binda anjoner (negativt laddade joner). Teammedlemmarna insåg att föreningarnas förmåga att binda och separera anjoner kunde tillämpas på bikarbonatanjoner, vilket leder till att de utvecklar en CO2-separationscykel med hjälp av en vattenhaltig BIG-lösning. Med sin kolavskiljningsmetod, rökgas bubblas genom lösningen, vilket gör att CO2-molekyler fastnar på den STORA sorbenten och kristalliseras till en sorts organisk kalksten. Denna fasta substans kan sedan filtreras ut ur lösningen och värmas till 120 grader C för att frigöra CO2 så att den kan skickas till permanent lagring. Den fasta sorbenten kan sedan lösas i vatten och återanvändas i processen på obestämd tid.

Den senaste tekniken för avskiljning av koldioxid har stora brister. Många använder flytande sorbenter, som avdunstar eller sönderdelas med tiden och kräver att mer än 60 % av regenereringsenergin läggs på att värma upp sorbenten. Eftersom deras tillvägagångssätt innebär att fånga upp CO2 som ett kristalliserat bikarbonatsalt och frigöra det från det fasta tillståndet istället för att värma upp en flytande sorbent, ORNL-teamets teknik kringgår dessa problem. Deras vridning på kolavskiljning kräver 24 % mindre energi än industriella benchmark-sorbenter. Plus, laget observerade nästan ingen förlust av sorbent efter tio på varandra följande cykler.

"Den största fördelen med vår "organiska sodakalk" är att den kan regenereras vid mycket lägre temperaturer och med betydligt mindre energiförbrukning jämfört med oorganiska skrubbers, " säger Custelcean. "Den lägre energi som krävs för regenerering förväntas avsevärt minska kostnaden för kolavskiljning, vilket är avgörande med tanke på att miljarder ton CO2 måste fångas upp varje år för att göra en mätbar påverkan på klimatet."

Även om det fortfarande är i ett tidigt skede, Custelcean och hans team tror att processen så småningom kommer att bli skalbar. Dock, Tekniken har en vägbula att kämpa med – dess relativt låga CO2-kapacitet och absorptionshastighet, som kommer från den begränsade lösligheten av BIG sorbenten i vatten.

"Vi tar upp dessa problem för närvarande genom att kombinera BIG sorbenten med traditionella sorbenter, som aminosyror, för att förbättra kapaciteten och absorptionshastigheten, ", säger Custelcean. "Vi justerar också processen så att den kan tillämpas på CO2-separering direkt från atmosfären på ett energieffektivt och kostnadseffektivt sätt."