Odkrycie, które dzięki modyfikacji żywicy zwiększy wychwytywanie CO₂

Badacze z Georgia Tech zmodyfikowali dostępną na rynku żywicę. W testach laboratoryjnych materiał wiązał więcej CO₂ i lepiej znosił działanie tlenu.

Więcej miejsc wiążących dwutlenek węgla

.Naukowcy z Georgia Tech, we współpracy z CarbonCapture Inc., opracowali jednoetapową metodę ulepszenia komercyjnego sorbentu. Wyniki opublikowali w „Science Advances”. Badanie dotyczy bezpośredniego wychwytu dwutlenku węgla z atmosfery, określanego skrótem DAC.

Sorbenty to materiały zatrzymujące określone substancje. Ich właściwości wpływają na ilość wychwytywanego gazu i możliwość wielokrotnego używania. Praca wpisuje się w rozwój materiałów do wychwytywania CO₂.

Zespół wykorzystał żywicę Lewatit VP OC 1065, której grupy aminowe wiążą CO₂. Do istniejących miejsc aktywnych dobudował rozgałęzione fragmenty poli(propylenoiminy), określane skrótem bPPI. Zwiększyło to liczbę grup aminowych dostępnych do wychwytu gazu. Modyfikacja polegała na połączeniu żywicy z azetydyną i niewielką ilością kwasu oraz ogrzewaniu mieszaniny przez dwa dni.

Wyniki zależą od temperatury i wilgotności

.W suchej mieszaninie gazowej zawierającej 400 ppm CO₂ ulepszony materiał wychwytywał około 75 proc. więcej gazu niż żywica bez modyfikacji. Stężenie odpowiadało warunkom przyjętym do symulacji wychwytu z powietrza.

W odrębnych testach symulujących spaliny przemysłowe wzrost przekraczał 50 proc. To warunki o znacznie wyższym stężeniu CO₂, istotne dla wychwytywania gazu w instalacjach przemysłowych.

Badacze sprawdzili również działanie materiału w temperaturach od 25°C do -20°C i przy różnej wilgotności. W wilgotnym gazie zmodyfikowana żywica przewyższała pierwotną wersję w każdej badanej temperaturze. W bardzo zimnych i suchych warunkach przewaga zanikała.

Trwalszy sorbent wymaga testów na większą skalę

.W instalacjach DAC korzystających z takich materiałów sorbent wielokrotnie wychwytuje CO₂, a następnie jest ogrzewany, aby uwolnić gaz. W teście przyspieszonego starzenia dodanie bPPI ograniczyło degradację pod wpływem tlenu mniej więcej o połowę. Zmodyfikowana żywica lepiej zachowywała właściwości także podczas 150 cykli wychwytu i uwalniania CO₂ w warunkach symulujących spaliny.

Metodę zastosowano również do drugiej komercyjnej żywicy, Purolite A110. Zdaniem autorów wykorzystanie dostępnych materiałów i odczynników może ułatwić zwiększanie skali produkcji.

Wyzwaniem dla rozwoju DAC pozostają koszty wychwytu CO₂. Autorzy przywołują cel wyznaczony w 2021 r. przez Departament Energii USA, zakładający koszt poniżej 100 dolarów za tonę netto ekwiwalentu CO₂. Obejmuje on usunięcie gazu i jego trwałe składowanie.

Zespół złożył tymczasowe zgłoszenie patentowe i planuje rozwijać metodę poza laboratorium. Pełna ocena systemu opartego na takim sorbencie musi uwzględniać jego regenerację oraz trwałe składowanie wychwyconego CO₂.

Szymon Ślubowski