En nyckelkomponent i DAC-system (ambient direct air capture) som tar bort koldioxid från luften är det absorberande materialet som används för att först fånga upp kolet och sedan släppa ut det. Vissa absorberande material kan dra koldioxid från luften när den strömmar över materialet. Det släpper sedan ut kolet när vatten appliceras. När materialet torkar igen, det absorberar kol, och så vidare.

Denna eleganta funktion av specifika material har observerats i flera år av dem som arbetar med DAC-system, som Klaus Lackner, en professor i Arizona State University vid School of Sustainable Engineering and the Built Environment. Lackner har utvecklat ett system som kallas "MechanicalTree" som använder sorberande material för att ta bort kol från luft.

Nu, i en ny tidning i början, onlineupplagan av Joule , Lackner och hans kollegor beskriver exakt hur några av dessa sorbentmaterial fångar upp och släpper ut kol, ett fynd som kan leda till en smartare design av sorbentmaterial i hjärtat av alla kolavlägsnande system.

"Vi utvecklade en bättre förståelse för fuktsvängningsmekanismen för dessa sorbenter genom att demonstrera den i olika material och genom att utveckla beräkningsverktyg och modeller som förklarar konceptet, " sa Lackner. "Vi förstår nu effekten som driver fuktsvängningen, och denna insikt ökar utbudet av material som kan göra det."

Papperet beskriver i detalj och i mikroskopisk skala vad som händer med sorbentmaterialet när det är torrt, det binder till kol i luften, och när det är blött, det desorberar kolet. Systemet undersöktes med kvantmekaniska simuleringar och verifierades i experiment.

"Det här konceptet är inte förvånande för mig eftersom jag har lekt med det här i ett decennium, men fuktsving -konceptet är fortfarande väldigt nytt och mycket annorlunda än andra sätt att ladda och lossa ett sorbent, " förklarade Lackner. "Vi upptäckte detta fenomen för 14 år sedan, och under lång tid var det ett mysterium om hur det fungerade. Nu verkar det ganska uppenbart."

Övergripande, Lackner tillade, "detta framsteg öppnar dörren för fler kandidatmaterial och rationell design. Många av dessa material är mycket billigare än vad som ofta används som sorbenter."

Medförfattare till tidningen "Moisture driven CO ₂ sorbenter" är Xiaoyang Shi, Häng Xiao och Xi Chen, vid Columbia University i New York City; och Kohei Kanamori och Akio Yonezu, vid Chuo University i Tokyo. Förutom att vara professor vid ASU, Lackner är chef för Center for Negative Carbon Emissions.

Lackner, en föregångare inom området för negativa koldioxidutsläpp, har utvecklat en enhet, kallas det "mekaniska trädet" som fungerar som ett träd men är tusentals gånger effektivare när det gäller att ta bort koldioxid ₂ från omgivande luft. Det mekaniska trädet, som kommersialiseras av Silicon Kingdom Holdings, Dublin, Irland, gör att den infångade gasen kan sekvestreras eller säljas för återanvändning i en mängd olika tillämpningar, såsom syntetiska bränslen, förbättrad oljeåtervinning eller i livsmedel, dryckes- och jordbruksindustrin.

Sorbentmaterial för att fånga upp kolet är kärnan i Lackners enhet.

Till skillnad från andra koldioxidavskiljningstekniker, SKH:s teknik kan ta bort CO ₂ från atmosfären utan att behöva dra luft genom systemet mekaniskt med energiintensiva enheter. Istället, Tekniken använder vinden för att blåsa luft genom systemet. Detta gör den till en passiv, relativt låg kostnad och skalbar lösning som är kommersiellt gångbar. Om den används i stor skala, Tekniken kan leda till betydande minskningar av koldioxidnivåerna ₂ i jordens atmosfär, hjälper till att bekämpa den globala uppvärmningen.

Koldioxid är en luktfri, färglös gas som är en biprodukt av förbränning av fossila bränslen och andra naturliga processer. Människor släpper ut mer än 36 miljarder ton CO ₂ i atmosfären årligen, väsentligt förändrar jordens naturliga kolcykel. Överskottet av kol fångar värme och orsakar global uppvärmning.

MechanicalTree är en ny geometri som är agnostisk mot vindriktningen och kan arbeta med rätt sorbent för varje plats. Varje "träd" innehåller en bunt med sorbentfyllda skivor. När den trädliknande kolonnen är helt utsträckt och skivorna sprids isär, luftflödet kommer i kontakt med skivytorna och CO ₂ blir bunden. För regenerering, skivorna sänks ner i bottenbehållaren. Inne i denna kammare, kompaniet ₂ frigörs från sorbenten. Den frigjorda gasen samlas sedan upp, renat, bearbetas och användas för andra ändamål, medan diskarna distribueras om för att fånga mer CO ₂ .