Een nieuw materiaal zou het mogelijk kunnen maken om veel meer CO2 op te vangen uit industriële processen.
Industriële productie veroorzaakt enorme hoeveelheden koolstofdioxide (CO2). Een van de geponeerde oplossingen is om het broeikasgas weer op te vangen. Veel van deze uitstoot is echter te heet om met bestaande technologieën efficiënt op te vangen. Het koelen van deze gassen vergt namelijk enorm veel energie en water. Onderzoekers van de Universiteit van Californië – Berkeley hebben nu een oplossing ontwikkeld die daar verandering in zou kunnen brengen.
Een nieuw soort materiaal blijkt in staat om CO2 af te vangen bij temperaturen die gangbaar zijn voor industriële uitlaatgassen. Het nieuwe materiaal behoort tot de zogeheten ‘metal-organic frameworks’ (MOF’s) – poreuze structuren die goed in staat zijn om gassen te absorberen. Hoewel MOF’s al langer gekend zijn, zijn bestaande varianten van het materiaal tot nu toe gevoelig voor hoge temperaturen. Deze nieuwe MOF lijkt echter met gemak CO2 op te vangen bij temperaturen tot 300 graden Celsius, wat een doorbraak kan betekenen voor gebruik in industrieën waar hoge temperaturen worden bereikt.
Traditionele methoden enkel bij lage temperaturen
Traditionele CO2-afvangmethoden maken gebruik van vloeibare amines (stoffen die chemisch met CO2 binden) en werken alleen goed bij lagere temperaturen, meestal tussen 40 en 60 graden Celsius. Bij hogere temperaturen raken de amines snel beschadigd of nemen ze minder CO2 op, wat ze ongeschikt maakt voor veel industrieën die hete uitstoot produceren. “Er is een dure infrastructuur nodig om deze hete gasstromen op te vangen en af te koelen tot de juiste temperaturen, zodat de bestaande koolstofafvangtechnologieën kunnen werken”, zegt Kurtis Carsch, een van de auteurs van de paper waarin de MOF wordt beschreven.
Hoe werkt het nieuwe MOF-materiaal?
Het nieuwe materiaal overkomt deze beperkingen door zinkhydride, een stabiele chemische verbinding, te gebruiken om CO2 bij hoge temperaturen te binden. Het nieuwe materiaal heeft een kristallijne, poreuze structuur die CO2-moleculen kan opvangen en vasthouden. Dit netwerk van kleine holtes is bedekt met zinkhydride, dat zich hecht aan CO2 en zorgt voor een efficiënte afvang. Zodra het materiaal vol zit, kan het door een drukverlaging of gasstroom worden ‘geleegd’ en opnieuw worden gebruikt. Dit maakt het systeem volgens de wetenschappers duurzaam en geschikt voor herhaald gebruik in industriële toepassingen.
Waarom is CO2-afvang in de industrie belangrijk?
Hoewel steeds meer energievoorziening afkomstig is van hernieuwbare bronnen, blijft CO2-uitstoot van de zware industrie – zoals staalproductie en cementfabrieken – moeilijk te elimineren. In deze sectoren wordt nog intensief gebruikgemaakt van fossiele brandstoffen, wat CO2-afvang essentieel maakt om de uitstoot te verminderen. Het langdurig opslaan van deze afgevangen CO2, bijvoorbeeld in de bodem, of het gebruiken voor de productie van brandstoffen of chemicaliën, helpt de uitstoot van broeikasgassen te verminderen. “We moeten beginnen na te denken over de CO2-uitstoot van industrieën die moeilijk koolstofvrij te maken zijn, zoals de staal- en cementindustrie, omdat ze waarschijnlijk nog steeds CO2 zullen uitstoten, zelfs als onze energie-infrastructuur meer in de richting van hernieuwbare energiebronnen verschuift”, zegt Rachel Rohde, co-auteur van de paper.
Onderzoek naar nieuwe toepassingen
Het onderzoek naar MOF’s met zinkhydride is pas het begin. De onderzoekers willen andere varianten van dit materiaal testen om de capaciteit voor CO2-opslag nog verder te verhogen en om te zien welke andere schadelijke gassen mogelijk kunnen worden verwijderd. “Er is een enorm aantal manieren waarop we het metaalion en de verbinder in MOF’s kunnen afstemmen, zodat het wellicht mogelijk is om dergelijke adsorbentia rationeel te ontwerpen voor andere gasscheidingsprocessen bij hoge temperatuur die relevant zijn voor de industrie en duurzaamheid”, zegt Carsch.
