En snabb, grön och enstegsmetod för att producera porösa kolsfärer, som är en viktig komponent för koldioxidavskiljningsteknik och för nya sätt att lagra förnybar energi, har utvecklats av Swansea University forskare.

Metoden producerar sfärer som har god kapacitet för kolavskiljning, och det fungerar effektivt i stor skala.

Kolsfärer varierar i storlek från nanometer till mikrometer. Under det senaste decenniet har de börjat spela en viktig roll inom områden som energilagring och konvertering, katalys, gasadsorption och lagring, läkemedels- och enzymleverans, och vattenrening.

De är också kärnan i koldioxidavskiljningstekniken, som låser upp kol istället för att släppa ut det i atmosfären, och därmed hjälpa till att hantera klimatförändringarna.

Problemet är att befintliga metoder för att tillverka kolsfärer har nackdelar. De kan vara dyra eller opraktiska, eller de producerar sfärer som fungerar dåligt för att fånga kol. Vissa använder biomassa, gör dem mer miljövänliga, men de kräver en kemikalie för att aktivera dem.

Det är här arbetet i Swansea -teamet, baserat på universitetets forskningsinstitut för energisäkerhet, representerar ett stort framsteg. Det pekar vägen mot ett bättre, renare och grönare sätt att producera kolsfärer.

Teamet anpassade en befintlig metod som kallas CVD - kemisk ångavsättning. Detta innebär att man använder värme för att applicera en beläggning på ett material. Med pyromellitsyra som både kol- och syrekälla, de använde CVD -metoden vid olika temperaturer, från 600-900 ° C. De studerade sedan hur effektivt sfärerna fångade CO ₂ vid olika tryck och temperaturer

De fann att:

• 800 ° C var den optimala temperaturen för att bilda kolsfärer
• Ultramikroporerna i de sfärer som producerades gav dem en hög kolavskiljningskapacitet vid både atmosfäriska och lägre tryck
• Specifik yta och total porvolym påverkades av avsättningstemperaturen, vilket leder till en märkbar förändring av den totala kapaciteten för koldioxidavskiljning
• Vid atmosfärstryck det högsta CO ₂ adsorptionskapacitet, mätt i millimolar per gram, för de bästa kolsfärerna, var omkring 4,0 vid 0 ° C och 2,9 vid 25 ° C.

Denna nya metod ger flera fördelar jämfört med befintliga metoder för att producera kolsfärer. Det är alkalifritt och det behöver inte en katalysator för att utlösa formningen av sfärerna. Den använder ett billigt och säkert råmaterial som är lätt tillgängligt på marknaden. Det finns inget behov av lösningsmedel för att rena materialet. Det är också ett snabbt och säkert förfarande.

Dr Saeid Khodabakhshi från Energy Safety Research Institute vid Swansea University, som ledde forskningen, sa:

"Kolsfärer blir snabbt viktiga produkter för en grön och hållbar framtid. Vår forskning visar ett grönt och hållbart sätt att göra dem.

Vi visade ett säkert, rent och snabbt sätt att producera sfärerna. Avgörande, mikroporerna i våra sfärer betyder att de fungerar mycket bra för att fånga kol. Till skillnad från andra CVD -metoder, vårt förfarande kan producera sfärer i stor skala utan att förlita sig på farliga gas- och flytande råvaror.

Kolsfärer undersöks också för potentiell användning i batterier och superkondensatorer. Så med tiden, de kan bli avgörande för lagring av förnybar energi, precis som de redan är för kolfångst. "