Nova metoda koristi svjetlost za hvatanje ugljikovog dioksida
Istraživači ETH Zürich razvijaju novu metodu za uklanjanje CO2 iz atmosfere
Istraživači Švicarskog federalnog instituta za tehnologiju (ETH Zürich) razvijaju novu metodu za uklanjanje CO2 iz atmosfere. Metoda uključuje molekule koje postaju kisele kada su izložene svjetlu te zahtijeva mnogo manje energije od konvencionalnih tehnologija.
„Želimo li usporiti globalno zatopljenje, moramo drastično smanjiti emisije stakleničkih plinova. Između ostalog, moramo se odreći fosilnih goriva i koristiti energetski učinkovitije tehnologije. Međutim, smanjenjem emisija nećemo učiniti dovoljno za postizanje klimatskih ciljeva, već je potrebno ukloniti velike količine ugljikovog dioksida iz atmosfere, trajno ih pohraniti ispod površine zemlje ili koristiti kao ugljično neutralnu sirovinu u industriji“, objašnjava dr. sc. Fabio Bergamin, znanstveni urednik Švicarskog federalnog instituta za tehnologiju (ETH Zürich).
Nažalost, trenutačno dostupne tehnologije za hvatanje ugljikovog dioksida skupe su jer zahtijevaju mnogo energije. Istraživači Švicarskog federalnog instituta za tehnologiju stoga razvijaju novu metodu koja koristi svjetlost kako bi u budućnosti energija potrebna za hvatanje CO2 mogla dolaziti od Sunca.
Istraživački tim ETH Zürich, koji predvodi profesorica elektrokemijskih energetskih sustava dr. sc. Maria Lukatskaya, koristi činjenicu da je u kiselim vodenim tekućinama CO2 prisutan kao CO2, ali u alkalnim tekućinama reagira stvarajući soli ugljične kiseline, poznate kao karbonati. Ova kemijska reakcija je reverzibilna, a kiselost tekućine određuje sadrži li CO2 ili karbonat.
Kako bi utjecali na kiselost tekućine, istraživači su joj dodali molekule – fotokiseline, koje reagiraju na svjetlost. Ako se takva tekućina izloži svjetlosti, molekule je čine kiselom, dok se u mraku vraćaju u prvobitno stanje što tekućinu čini lužnatijom.
Kako funkcionira metoda?
Istraživači izdvajaju CO2 iz zraka provodeći ga kroz tekućinu koja sadrži fotokiseline u mraku. Budući da je ova tekućina alkalna, CO2 reagira i stvara karbonate. Čim se soli u tekućini nakupe u značajnoj mjeri, istraživači tekućinu izlože svjetlu što je čini kiselom, a karbonati se pretvaraju u CO2. Mjehurići ugljikovog dioksida izlaze iz tekućine, baš kao u boci gaziranog napitka, i mogu se skupljati u spremnike za plin. Kada u tekućini preostane gotovo nimalo ugljikovog dioksida, istraživači gase svjetlo i ciklus počinje iznova, s tekućinom spremnom za hvatanje CO2.
Međutim, u praksi je postojao problem jer su korištene fotokiseline nestabilne u vodi. „Tijekom naših najranijih eksperimenata, shvatili smo da će se molekule razgraditi nakon jednog dana“, kazala je Anna de Vries, doktorandica u timu prof. dr. Lukatskayje i glavna autorica studije objavljene u časopisu Chemistry of Materials.
Stoga je istraživački tim analizirao raspad molekule, a problem su riješili tako što su reakciju izveli ne u vodi, već u mješavini vode i organskog otapala. Znanstvenici su laboratorijskim eksperimentima uspjeli odrediti optimalni omjer dviju tekućina i uspjeli objasniti svoja otkrića zahvaljujući izračunima modela koje su proveli istraživači sa Sveučilišta Sorbonne u Parizu.
Kao prvo, ova mješavina omogućila im je da održe molekule fotokiseline stabilnima u otopini gotovo mjesec dana. S druge strane, mješavina je osigurala da se svjetlo može koristiti za promjenu otopine prema potrebi između kisele i alkalne. Kad bi istraživači koristili organsko otapalo bez vode, reakcija bi bila nepovratna.
Ostali procesi hvatanja ugljikovog dioksida također su ciklički. Primjerice, jedna potvrđena metoda radi s filtrima koji skupljaju molekule CO2 na temperaturi okoline, a za naknadno uklanjanje CO2 filtri se moraju zagrijati na oko 100 stupnjeva Celzijusa. Međutim, grijanje i hlađenje energetski su intenzivni te čine najveći dio energije potrebne za metodu filtra.
„Nasuprot tome, našem procesu nije potrebno grijanje ili hlađenje, tako da zahtijeva mnogo manje energije“, tvrdi dr. sc. Maria Lukatskaya i dodaje kako „pored toga, ova metoda potencijalno radi samo sa sunčevom svjetlošću“.
„Još jedan zanimljiv aspekt je da možemo prijeći iz alkalnog u kiseli u roku od nekoliko sekundi i natrag u alkalni u roku od nekoliko minuta. To nam omogućuje prebacivanje između hvatanja i oslobađanja ugljikovog dioksida mnogo brže nego u sustavu koji se pokreće temperaturom“, objašnjava de Vries.
Ovom studijom znanstvenici su pokazali da se fotokiseline mogu koristiti u laboratoriju za hvatanje ugljikovog dioksida. Njihov sljedeći korak na putu do komercijalizacije procesa bit će daljnje povećanje stabilnosti molekula fotokiselina. Znanstvenici ETH Zürich također trebaju istražiti parametre cijelog procesa kako bi ga dodatno optimizirali.
Stjepan Felber | Ekovjesnik