O nouă tehnologie care poate extrage dioxidul de carbon din aer

Pe măsură ce emisiile continuă să crească, o tehnologie care extrage dioxidul de carbon din atmosferă este tot mai necesară pentru a atinge obiectivele climatice.

Captarea directă a aerului (DAC) este o tehnologie nouă și promițătoare pentru a extrage dioxidul de carbon din aerul ambiant prin absorbanți lichizi sau solizi.

CO2 furnizat de acest proces poate fi fie stocat în formațiuni geologice, fie utilizat ca materie primă pentru producerea de combustibili neutri din punct de vedere al carbonului și purtători de energie. Pentru cercetarea sa de doctorat, Francesco Sabatino a proiectat și optimizat procese pentru producerea de gaz natural sintetic din dioxid de carbon captat din aer și hidrogen regenerabil, scrie Tech Xplore.

Cum se extrage dioxidul de carbon din atmosferă?
Creșterea necesară a energiei regenerabile necesită dezvoltarea unor măsuri care să echilibreze fluctuațiile inerente asociate cu surse precum energia solară și eoliană. În acest sens, power-to-X (PtX) este adesea discutat atunci când se este vorba despre viitorul sistem de energie regenerabilă.

PtX se referă la tehnologiile care convertesc electricitatea într-o varietate de combustibili sau purtători de energie printr-un proces în doi pași. Hidrogenul este produs inițial prin electroliza apei și transformat într-un purtător de energie gazoasă sau lichidă prin sinteza cu CO sau CO2. Legăturile chimice ale acestor purtători ar oferi o modalitate foarte eficientă și scalabilă de a stoca și transporta cantități mari de energie regenerabilă.

O posibilă soluție pentru sectorul aviației, printre altele
În plus, decarbonizarea completă a societății noastre nu va avea loc peste noapte, unele sectoare (cum ar fi aviația) necesitând un salt tehnologic crucial pentru a deveni pe deplin independente de sursele de carbon.

Utilizarea purtătorilor denși de energie produși din carbon atmosferic și hidrogen regenerabil ar reduce sau chiar elimina emisiile de surse distribuite și greu de decarbonizat, cum ar fi cea asociată sectorului transporturilor.

Cât de eficient putem extrage dioxidul de carbon?
Captarea directă a aerului (DAC) încă este o tehnologie foarte costisitoare, cu un potențial ridicat de îmbunătățire. Costul ridicat al proceselor actuale DAC ar avea o pondere considerabilă în economia oricărui sistem de captare și utilizare a CO2.

Prin urmare, primul obiectiv al cercetării doctorale a lui Sabatino a fost optimizarea proceselor DAC pentru a le reduce costurile. În colaborare cu echipa sa, el a investigat cele mai mature și eficiente procese DAC, care captează CO2 prin soluții apoase de hidroxid de potasiu sau prin adsorbție pe diferite materiale solide.

În plus, a proiectat și noi procese bazate pe tehnologii electrochimice, care sunt deosebit de interesante deoarece pot fi ușor integrate cu sursele de energie regenerabilă, întrucât singurul aport de energie este electricitatea. Sabatino a simulat aceste sisteme cu modele detaliate de proces și le-a optimizat performanța prin algoritmi genetici.

Sabatino a folosit date preluate din brevete sau lucrări publicate pentru a simula cu acuratețe aceste procese și pentru a valida modelele.

Costuri mai mici
„Am descoperit că toate tehnologiile au potențialul de a conduce către costuri mai mici de 200 de dolari pe tona de CO2, datorită optimizării riguroase și designului inteligent. Cu toate acestea, procesele care adoptă absorbanți solizi au în general rezultate mai bune, cu condiția să se obțină rate mari de transfer de masă”, spune Sabatino .

Al doilea obiectiv al cercetării sale a fost identificarea unei integrări optime a procesului dintre DAC și metanarea dioxidului de carbon.

Regenerarea sorbentului necesită o energie considerabilă, în timp ce reacția CO2 cu hidrogenul este exotermă, adică eliberează căldură.

Sabatino a investigat diferite strategii de integrare pentru a identifica și cuantifica sinergiile care pot apărea dintr-o combinație inteligentă de captare a CO2 și conversia acestuia. El a dezvoltat un model cinetic pentru a descrie absorbția și desorbția dioxidului de carbon pe carbonatul de potasiu și l-a implementat într-un model de reactor existent.

Sabatino a constatat că o mare reducere a cererii de energie poate fi realizată printr-o integrare eficientă a căldurii. În general, funcționarea generală auto-termică poate fi atinsă, ceea ce înseamnă că nu trebuie furnizată căldură externă unităților DAC.

În plus, un proces nou și intensificat în care captarea și conversia dioxidului de carbon sunt efectuate în același reactor a oferit cele mai bune rezultate, datorită unei integrări mai eficiente a căldurii și evitării comprimării CO2.