Hogyan lehet a szén-dioxidot a légkörből megkötni és hasznosítani? Egy amerikai kutatócsoport úttörő, rendkívül hatékony módszert talált a szén-dioxid üzemanyaggá történő átalakítására. Az eljárás felmelegíthetné a házakat és hozzájárulhatna az energiaellátáshoz.

A globális felmelegedés megállításához csökkenteni kell a légkör szén-dioxid szintjét. Ebben kulcsszerepet játszik a fosszilis tüzelőanyagokról az éghajlatbarát hő-, és áramforrásokra történő átállás. A Massachusetts Institute of Technology (MIT) és a Harvard Egyetem kutatói most egy olyan úttörő eljárást fejlesztettek ki, amely egyszerre ragadja meg a légkörből a meglévő szén-dioxidot és akadályozza meg a további kibocsátást: a befogott üvegházhatású gázt stabil tüzelőanyaggá alakítják.

Formiát: új üzemanyag CO₂-ból

Ezt a megközelítést már jó ideje a CO₂ hasznosításának különösen ígéretes módjaként tartják számon. A korábbi kísérletek azonban nem értek el áttörést: az eljárások hatékonysága nem felelt meg a várakozásoknak, vagy az előállított üzemanyagok mérgezőek vagy gyúlékonyak voltak. A kutatócsoportnak egy újonnan kifejlesztett eljárással sikerült kiküszöbölnie ezeket a hátrányokat.

A tudósok a káros üvegházhatású gázt formiáttá alakítják át, olyan folyékony vagy szilárd anyaggá, amely a hidrogénhez hasonlóan elektromos áram előállítására vagy üzemanyagcellák működtetésére használható. A kálium-, vagy nátrium-formiátot már ipari menniségben is előállítják, és az utak jégtelenítésére is használják. Az anyag nem mérgező és nem gyúlékony. További előnye, hogy a szabványos acéltartályokban hónapokig vagy akár évekig is stabil marad.

Szén-dioxidból ártalmatlan formiátkristályok keletkeznek – elektrolízissel

A szén-dioxid leválasztásának és átalakításának folyamata lúgos oldaton alapuló leválasztással kezdődik. Először az erőművek kibocsátásából vagy a szabad levegőből származó szén-dioxidot egy folyékony fém-bikarbonát oldatban rögzíti. Ezt követően az anyagot kationcserélő membránelektrolízis segítségével formiátkristályokká alakítják át. Ezek hatékonysága több mint 96 százalékos, ahogyan azt a kutatócsoport laboratóriumi léptékű kísérletekben be tudta bizonyítani.

Szilárd formában a kristályok korlátlan ideig eltarthatók, és olyan stabilak, hogy éveken át veszteség nélkül tárolhatók – ellentétben például a hidrogénnel. A formiátot emellett ártalmatlannak is tartják. Ezzel szemben a metanol, a szén-dioxid üzemanyagcellák üzemanyagává alakításának másik gyakran vizsgált alternatívája, a metanol mérgező anyag, amely nem minden alkalmazásban használható könnyen.

A CO₂ energiatakarékos átalakítása üzemanyaggá

Más megközelítések szerint a leválasztott CO₂-t először szilárd formába, például kalcium-karbonáttá alakítják. Az ilyen eljárás során az anyagot ezután ismét fel kell melegíteni, amihez nagy mennyiségű energiát kell felhasználni, mielőtt üzemanyaggá alakítható lenne. Az MIT és a Harvard kutatói rámutatnak, hogy ez nem hatékony eljárás: általában a gáznemű szén-dioxidnak kevesebb mint 20 százaléka alakítható át üzemanyaggá. Saját eljárásukban „kihagyják” ezeket a lépéseket, és a CO₂-t először folyékony köztes formába (a fém-bikarbonátba), majd elektrolízis útján folyékony formiáttá alakítják. Ezt a nagy koncentrációjú oldatot pedig szilárd porrá alakíthatják – például energiatakarékos napkollektoros elpárologtatással.

A kutatók az új eljárásszerkezettel, de az anyag és a konfiguráció fejlesztésével is elérték saját eljárásuk magas hatásfokát. A korábbi kísérletek során a konverziós folyamat során gyakran kémiai melléktermékek halmozódtak fel. Ezek megváltoztatják a pH-értéket és idővel csökkentik a rendszer hatékonyságát. A csapatnak azonban sikerült megakadályozni a nem kívánt anyagok képződését és egyensúlyban tartani a savasságot.

A speciális üzemanyagcella károsanyag-kibocsátásmentes hőt és villamos energiát biztosít

A kutatók kis, laboratóriumi léptékben fejlesztették ki az új eljárást. Feltételezésük szerint azonban felskálázható, és az általuk kidolgozott eljárás számos lehetséges alkalmazásra megfelelő. Magánháztartásokban például egy hűtőszekrény méretű elektrolízisberendezéssel szén-dioxidot lehetne megkötni és formiáttá alakítani, amelyet aztán egy földalatti tartályban vagy a tetőn tárolnának. A csapat egy, a formiát üzemanyagra optimalizált üzemanyagcellát is tervezett. Felhasználás előtt a porított szilárd anyagot vízben feloldják, majd a cellába pumpálják, hogy áramot és hőt termeljen. A tudósok azonban hangsúlyozzák, hogy az új energiaforrás nagyobb léptékű alkalmazásra is alkalmas lehet: azaz ipari termelésre és a hálózatra kiterjedő tárolórendszerekre.

Forrás: https://www.ingenieur.de/technik/fachbereiche/energie/doppelschlag-gegen-den-klimawandel-kohlendioxid-als-energiequelle/