De eerste ultra-efficiënte e-DAC-technologie (Electrified Direct Air Capture) ter wereld is uitgevonden, die niet afhankelijk is van dure energieprocessen.
Koolstofdioxide is geen probleem, afhankelijk van waar het zich bevindt. In de lucht, vrijgegeven in de atmosfeer, is het de oorzaak van klimaatverandering en, bij uitbreiding, van extreme verschijnselen zoals hittegolven of zesde generatie branden die we deze zomer in Spanje hebben meegemaakt. Echter, gerecycled in de productie van materialen zoals beton, kan het nuttig zijn bij de bouw van woningen.
De technologie om vervuiling op te vangen en te gebruiken voor nieuwe hulpbronnen bestaat al, maar vergt veel energie. Onderzoekers van het Massachusetts Institute of Technology (MIT) en de Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) hebben een nieuw systeem ontwikkeld dat de efficiëntie van dit proces zodanig verbetert dat er slechts evenveel energie nodig is als voor het opladen van een mobiele telefoon.
Hun nieuwe technologie voor directe luchtopvang (DAC) heeft meer dan 95% van de zeer zuivere kooldioxide weten op te vangen met een vermogen van slechts 3 volt, waardoor het gebruik van duurdere processen zoals hete stoom of complexe installaties overbodig wordt.
De onderzoekers zijn van mening dat hun doorbraak een groot commercieel potentieel heeft. Daarom hebben ze in het buitenland octrooiaanvragen ingediend en beweren ze dat het gemakkelijk kan worden gekoppeld aan hernieuwbare energiebronnen zoals zonne- en windenergie. Deze technologie zou een keerpunt kunnen zijn om de overgang naar koolstofneutrale processen te versnellen.
Vervuiling opvangen
Directe luchtopvang (DAC) is een technologie die kooldioxide uit de atmosfeer filtert in extreem lage concentraties, onder 400 ppm. Hoewel het een groot probleem is voor de klimaatverandering, is kooldioxide slechts aanwezig in de atmosfeer in een concentratie van ongeveer 414,72 ppm (deeltjes per miljoen), wat betekent dat het slechts 0,04% van de omgevingslucht uitmaakt.
Deze systemen werken met behulp van grote ventilatoren die lucht aanzuigen en in contact brengen met chemische stoffen die reageren op CO2-deeltjes om deze van de rest van de gassen te scheiden. Vervolgens wordt het filter verwarmd, waardoor de kooldioxide vrijkomt. Van daaruit wordt de CO2 opgeslagen of hergebruikt voor andere toepassingen, en wordt de resterende lucht (99,96%) teruggevoerd naar de atmosfeer.
Dit proces moet niet worden verward met koolstofafvang en -opslag (CCS), dat rechtstreeks wordt toegepast op bronnen die fossiele kooldioxide produceren, zoals elektriciteitscentrales of fabrieken. Met dit proces wordt voorkomen dat het in de atmosfeer terechtkomt, waardoor de vervuiling en het effect van de klimaatverandering toenemen.
De Koreaanse instelling waarschuwt dat bij deze traditionele processen ongeveer 70% van de totale energie wordt verbruikt in de regeneratiefase, wanneer de geabsorbeerde kooldioxide bij hoge temperatuur wordt afgescheiden. Het team heeft geprobeerd dit probleem op te lossen door alleen het noodzakelijke gedeelte te verwarmen, zonder externe warmtebronnen, waardoor het energieverlies wordt verminderd.
Joule-effect
De oplossing bestaat uit het gebruik van vezels die elektrisch worden verwarmd, waarbij gebruik wordt gemaakt van Joule-verwarming, een fysisch effect dat vaak voorkomt bij verwarmingsoplossingen. Dit effect treedt op wanneer de elektronen die in een elektrische stroom bewegen, tegen het materiaal botsen waardoor ze worden geleid. De kinetische energie van de elektronen wordt omgezet in thermische energie, waardoor het materiaal wordt verwarmd.
Dit effect wordt toegepast in zowel kachels als elektrische dekens en nu ook in deze innovatie voor het afvangen van kooldioxide. Deze technologie kan de vezels snel opwarmen tot 110 °C in 80 seconden met slechts 3 V.
Om deze gegevens in context te plaatsen: mobiele telefoons gebruiken dit laadniveau. Met deze verandering wordt niet alleen het benodigde warmteverlies met ongeveer 20% verminderd in vergelijking met bestaande technologieën, maar worden ook de adsorptie-desorptiecycli drastisch verkort, aldus KAIST.
De kern van dit onderzoek is niet alleen het vervaardigen van geleidende vezels, maar ook het creëren van een “ademende geleidende coating” die zowel “elektrische geleidbaarheid” als “gasdiffusie” bereikt. Het team bedekte de poreuze oppervlakken van de vezels gelijkmatig met een samenstelling van nanodraden en zilveren nanodeeltjes, waardoor een laag van ongeveer 3 micrometer dik ontstond, veel dunner dan een menselijke haar.
Deze “driedimensionale continue poreuze structuur” zorgde voor een uitstekende elektrische geleidbaarheid en zorgde er tegelijkertijd voor dat CO2-moleculen zich soepel naar de vezels konden verplaatsen, wat een gelijkmatige en snelle opwarming en tegelijkertijd een efficiënte CO2-afvang mogelijk maakte.
Deze innovatie staat bekend als ’s werelds eerste ultra-efficiënte e-DAC-technologie (Electrified Direct Air Capture) op basis van geleidende zilveren nanovezels. Na opvang kan die koolstof worden hergebruikt voor de productie van brandstoffen, bouwmaterialen zoals beton en zelfs bruisend water.
