Global CO2 utsläppen för 2022 nådde 36,1 gigaton, och detta förbrukade 13–36 % av den återstående kolbudgeten för att begränsa uppvärmningen till 1,5°C, vilket innebär att våra tillåtna utsläpp kan vara slut inom två år.
Teknik för direkt luftfångning (DAC) extraherar CO2 direkt från atmosfären var som helst, men deras praktiska funktion begränsas av det högre energibehovet och de totala kostnaderna. I synnerhet kan de flesta fasta sorbentbaserade system inte fungera bra i fuktiga förhållanden och har höga regenereringstemperaturer eller kräver vakuumförhållanden.
För att övervinna dessa utmaningar utvecklade vi hållbara kolfångande hydrogeler (SCCH) som ett stegförändringsmaterial för CO2 fånga med högt upptag och exceptionellt låg regenereringsenergi (Figur 1). Studien är publicerad i tidskriften Nano Letters .
Till skillnad från andra sorbentmaterial där det inerta vattnet leder till energikrävande termisk regenerering, har vatten i hydrogeler en minskad avdunstningsentalpi som kan bidra till en sänkt regenereringsenergi. SCCH består av lågkostnadsbiomassa konjakgummi, värmekänslig cellulosa och enhetligt dispergerad polyetylenimin (PEI). En annan fördel med denna SCCH är dess unika hierarkiska struktur. Porerna i mikro- och nanoskala möjliggör CO2 transport och enkel tillgång till aktiva aminplatser.
Koldioxidavskiljning
Den förfångade vattenångan förstärker CO2 bindning med PEI, vilket leder till en mycket högre fångstkapacitet under fuktiga förhållanden (Figur 2, vänster). Dessutom den fångade CO2 frigörs vid låg energitillförsel (Figur 2, höger), vilket kan uppnås genom mild elektrisk uppvärmning eller solbestrålning utan vakuum, så länge som temperaturen når ~60°C. Detta underlättas av minskad avdunstningsentalpi av vatten i hydrofila hydrogeler och cellulosas värmekänslighet.
Vi lyfter också fram en annan fördel med vår SCCH, som är den enkla förberedelsen. Gelen kan göras med kommersiellt tillgängliga material, lösas i vatten, hällas i en form och följs av en frystorkningsprocess. Detta är skalbart och hållbart i omgivande luft, vilket gynnar praktisk tillämpning. Med en så låg regenereringstemperatur kan våra nya hydrogeler vara en materialföränderlig plattform för mer hållbar luftkvalitetshantering och DAC-teknik.
Den här historien är en del av Science X Dialog, där forskare kan rapportera resultat från sina publicerade forskningsartiklar. Besök den här sidan för information om ScienceX Dialog och hur du deltar.
Mer information: Youhong Guo et al, Skalbara biomassa-härledda hydrogeler för hållbar koldioxidavskiljning, Nano Letters (2023). DOI:10.1021/acs.nanolett.3c02157
Journalinformation: Nanobokstäver
Youhong Guo är postdoc vid Institutionen för kemiteknik vid Massachusetts Institute of Technology, och arbetar med prof. T. Alan Hatton. Hennes forskningsintresse är att utveckla polymera material för applikationer inom energi och miljömässig hållbarhet.
