Solárne zariadenie zachytáva oxid uhličitý zo vzduchu a vytvára tak udržateľné palivo

Priamy zber CO2 zo vzduchu a jeho využitie na výrobu solárneho paliva v prietoku, je inovatívny prístup na zníženie atmosférických hladín CO2. Tradičné metódy ukladania CO2 majú neisté dlhodobé dôsledky, preto táto study predstavuje duálny prietokový reaktor na zber a využitie uhlíka priamo zo vzduchu. Reaktor premieňa zachytený CO2 na syntézny plyn (syngas), zmes CO a H2, pomocou svetla, bez potreby vysokých teplôt alebo tlaku.

Kľúčové aspekty a zistenia štúdie:

• Technológia DACCU: Integrovaný systém na priame zachytávanie a využitie uhlíka zo vzduchu (DACCU). Systém pozostáva z dvoch hlavných častí:
• Zber CO2: Pevný silikagélový adsorbent s polyamínom (SBA-15|PEI). Adsorbent selektívne zachytáva CO2 zo vzduchu počas tmy (nočná prevádzka), zatiaľ čo ostatné plyny, ako N2 a O2, prechádzajú.
• Uvoľňovanie CO2: Zachytený CO2 sa uvoľňuje fototermálnym ohrevom pomocou koncentrovaného slnečného svetla počas dňa. Parabolický solárny koncentrátor ohrieva adsorbent na 80 – 100 °C, čo umožňuje efektívne uvoľňovanie CO2.
• Využitie CO2: Uvoľnený CO2 sa fotochemicky premieňa na syntézny plyn pomocou hybridného materiálu na báze oxidu hlinitého/siliky-titánu a kobaltu bis(terpyridínu) (Al2O3/SiO2|TiO2|CotpyP). Ako redukčné činidlo sa používa etylénglykol (EG) získaný z depolymerizovaného polyetyléntereftalátu (PET).
• Princíp fungovania: Systém je navrhnutý na diurnálnu prevádzku, kde sa CO2 zachytáva v noci a premieňa na syntézny plyn počas dňa.
• Materiály a metódy:
• Syntéza adsorbentu: Polyamín (PEI) sa impregnuje na porézny nosič z mezoporézneho silikagélu (SBA-15).
• Syntéza katalyzátora: Kobaltnatý molekulárny katalyzátor (CotpyP) sa imobilizuje na nanočasticiach TiO2, ktoré sú dispergované na nosiči s vysokým povrchom (SiO2 alebo Al2O3).
• Testovanie DACCU reaktora: Reaktor s dvomi lôžkami je naplnený adsorbentom SBA-15|PEI a kompozitom γ-Al2O3|TiO2|CotpyP. Vlhký vzduch prechádza cez zbernú vrstvu počas 12 hodín v tme. Potom sa tok zmení na N2, zvlhčí sa CO2U vrstva s EG a zapne sa solárny simulátor.
• Výsledky a diskusia:
• Zber CO2: Adsorbent SBA-15|PEI účinne odstraňuje CO2 zo vzduchu počas 9 hodín. Celková kapacita zberu je približne 87 mg CO2 na gram adsorbentu.
• Uvoľňovanie CO2: Koncentrované slnečné svetlo v kombinácii s infračervenou absorpčnou vrstvou umožňuje účinné uvoľňovanie CO2 pri teplote okolo 100 °C. Koncentrácia CO2 vo výstupnom prúde dosahuje 30 % (v/v) do 30 minút od začiatku slnečného žiarenia.
• Využitie CO2: Hybridný materiál Al2O3/SiO2|TiO2|CotpyP katalyzuje fotoredukciu CO2 v plynnej fáze na syntézny plyn. Použitie EG ako redukčného činidla zvyšuje rýchlosť redukcie CO2 a umožňuje zužitkovanie odpadových prúdov.
• Integrácia DACCU: Systém úspešne zachytáva, koncentruje a premieňa CO2 zo vzduchu na syntézny plyn pomocou simulovaného slnečného svetla.
• Flexibilita systému: Systém umožňuje opätovné zachytenie nezreagovaného CO2 a jeho opätovné nasmerovanie do reakčnej jednotky, čím sa zvyšuje konverzia CO2.
• Doplnkové informácie:
• Analýza produktov: Hlavnými produktmi oxidácie EG sú formiát a dimér glykolaldehydu.
• Izotopové značenie: Použitie 13CO2 potvrdzuje, že CO je produktom redukcie CO2.
• Podpora materiálu: Použitie oxidu hlinitého ako nosiča katalyzátora vedie k vyššej produkcii CO.
• Podmienky reakcie: Optimálna teplota pre konverziu CO2 je 25 °C.
• Výhody:
• Využitie slnečnej energie: Znižuje energetickú náročnosť procesu.
• Použitie odpadových materiálov: EG z recyklovaného PET plastu ako redukčné činidlo.
• Časové oddelenie zberu a konverzie: Rieši problémy nízkej koncentrácie CO2 a prítomnosti O2 vo vzduchu.
• Potenciálne aplikácie:
• Výroba obnoviteľných palív a chemikálií.
• Zníženie emisií skleníkových plynov.
• Využitie CO2 priamo v mieste jeho vzniku.

Záverom možno povedať, že táto štúdia demonštruje integrovaný a udržateľný systém na priame zachytávanie a využitie CO2 zo vzduchu, ktorý má potenciál prispieť k znižovaniu emisií skleníkových plynov a výrobe obnoviteľných palív. Spring

---

Slovník kľúčových pojmov

• DACCU (Direct Air Carbon Capture and Utilization): Priame zachytávanie CO2 zo vzduchu a jeho využitie na výrobu hodnotných produktov.
• Syngas (Synthesis gas): Zmes oxidu uhoľnatého (CO) a vodíka (H2), ktorá sa používa ako prekurzor pre výrobu palív a chemikálií.
• Photothermal Heating: Ohrev materiálu pomocou absorbovania svetla (najčastejšie infračerveného), ktoré sa premieňa na teplo.
• Photocatalyst: Materiál, ktorý urýchľuje chemickú reakciu za prítomnosti svetla.
• PEI (Polyethyleneimine): Polymér používaný ako aktívna chemická látka na zachytávanie CO2.
• SBA-15: Mesoporézny silikát, ktorý slúži ako pevný nosič pre PEI pri zachytávaní CO2.
• CotpyP (Cobalt bis(terpyridine)): Molekulárny katalyzátor obsahujúci kobalt, ktorý sa používa na redukciu CO2.
• TiO2 (Titán oxid): Oxid titaničitý, používaný ako fotoaktívny polovodič v katalyzátore pre CO2U.
• EG (Etylénglykol): Alkohol používaný ako redukčné činidlo (zdroj elektrónov) pri fotokatalytickej redukcii CO2.
• TON (Turnover Number): Počet molekúl produktu vytvorených na jednu molekulu katalyzátora.
• TOF (Turnover Frequency): Rýchlosť, s akou katalyzátor premieňa reaktanty na produkty (TON za jednotku času).