A szén-dioxid-leválasztás az egyik legfontosabb klímavédelmi stratégia, azonban a jelenlegi technológiák komoly akadályokba ütköznek. A hagyományos amin alapú eljárások rendkívül energiaigényesek és nehezen skálázhatók, ami korlátozza a hatékonyságukat, miközben a szén-dioxid-kibocsátás csökkentésére és értékes termékekké történő átalakítására egyre sürgetőbb szükség van. A Massachusetts Institute of Technology (MIT) kutatói, az MIT Climate and Sustainability Consortium (MCSC) támogatásával, éppen ezért olyan energiahatékony és skálázható alternatívákat keresnek, amelyekkel áttörést lehetne elérni ezen a területen.
A kutatócsoport – Fang-Yu Kuo és Gi Hyun Byun doktoranduszok, Betar Gallant professzor, valamint Glen Junor és Akachukwu Obi, az MCSC korábbi posztdoktori munkatársai – a Nature Energy folyóiratban megjelent tanulmányukban egy ígéretes új megközelítést vizsgálnak. A hagyományos módszerekkel szemben az elektrokémiailag közvetített szén-dioxid-leválasztás (EMCC) lehetőséget kínál a folyamat villamosítására, ideális esetben megújuló energiaforrások felhasználásával. Ez a technológia azonban eddig azzal a problémával küzdött, hogy olyan adszorbensekre támaszkodott, amelyek erősen redukáló potenciált igényelnek, ami mellékreakciókhoz és a hatékonyság csökkenéséhez vezet.
Az új adszorbensosztály forradalmasíthatja a technológiát
A MIT kutatói a probléma megoldása érdekében az N-heterociklusos iminek (NHI-k) nevű vegyületcsaládot vették górcső alá. Ezek az anyagok azért bizonyultak ígéretesnek, mert molekulaszerkezetük könnyen módosítható, így a bázicitásuk pontosan hangolható. Fang-Yu Kuo, a vegyészmérnöki tanszék doktorandusza elmondta, hogy csapatuk elsőként alkalmazta az NHI-ket az EMCC technológiában, és felfedezték, hogy ezek az adszorbensek egy teljesen új elválasztási mechanizmus révén képesek működni, amely elkerüli az erősen redukáló potenciálok alkalmazását.
A kutatás során a csapat egy újszerű bisz(NHI) szerkezetet hozott létre, amely elméletileg lehetővé teszi, hogy a cella működése során elektrononként két szén-dioxid molekulát válasszanak le. Ez a felfedezés jelentős előrelépés, mivel a hagyományos módszerekhez képest drámaian javíthatja az energiahatékonyságot. Az eredmények azt is mutatják, hogy a bisz(NHI) molekulák további tervezésével, a szén-dioxid-kötő képességük erősítésével ezek az anyagok sokkal változatosabb elektrolitkörnyezetben is alkalmazhatók lennének.
A jövőbeli fejlesztés irányai és a gyakorlati alkalmazás
A kutatók szerint a következő kritikus lépés a bisz(NHI) gyökös kationok stabilitásának és lebomlási útvonalainak mélyebb megértése. Kuo hangsúlyozta, hogy ezen mechanizmusok feltárása elengedhetetlen a következő generációs bisz(NHI) molekulák racionális tervezéséhez. A cél olyan anyagok kifejlesztése, amelyek hosszabb működési élettartammal és jobb ciklusállósággal rendelkeznek, ami elengedhetetlen a gyakorlati, ipari alkalmazáshoz.
A kutatás jelenlegi fázisa tehát megalapozta egy olyan technológia alapjait, amely forradalmasíthatja a szén-dioxid-leválasztást. Az elektrokémiai megközelítés és az új adszorbensek kombinációja lehetővé teheti, hogy a jövőben a szén-dioxidot ne csak hatékonyabban, hanem sokkal rugalmasabban is leválaszthassuk, akár közvetlenül a megújuló energiaforrásokhoz igazítva a folyamatot. Ez a fejlesztés közelebb vihet minket ahhoz, hogy a szén-dioxid-leválasztás valóban életképes és széles körben elterjedt klímavédelmi eszközzé váljon.
© Photo courtesy of the MIT Climate and Sustainability Consortium.
Forrás: MIT.edu ↗̱
