Ο περιορισμός της μακροπρόθεσμης υπερθέρμανσης του πλανήτη κάτω από 1,5°C θα απαιτήσει πολύ περισσότερα από τη μείωση των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου. Σύμφωνα με τα κλιματικά σενάρια που περιγράφονται στην τελευταία έκθεση αξιολόγησης από τη Διακυβερνητική Επιτροπή για την Κλιματική Αλλαγή (IPCC), ο κόσμος θα χρειαστεί επίσης τεχνολογίες ικανές να αφαιρούν και να αποθηκεύουν εκατοντάδες δισεκατομμύρια τόνους διοξειδίου του άνθρακα (CO).2) ήδη στην ατμόσφαιρα.
Μια μέθοδος που λαμβάνει αυξανόμενη προσοχή είναι η άμεση σύλληψη αέρα (DAC), μια διαδικασία που αφαιρεί το CO2 κατευθείαν από τον αέρα. Εταιρείες και ερευνητικές ομάδες έχουν αφιερώσει χρόνια στην ανάπτυξη συστημάτων DAC και το spin-off ETH Zurich ClimWorks, που ιδρύθηκε το 2009, ήταν το πρώτο που έφερε την τεχνολογία στην αγορά. Παρά τις προόδους αυτές, η δέσμευση άνθρακα από την ατμόσφαιρα είναι δαπανηρή και απαιτεί μεγάλες ποσότητες ενέργειας.
Πρωτεϊνικά σφαιρίδια κατασκευασμένα από απόβλητα της βιομηχανίας τροφίμων
Ερευνητές στο ETH Zurich έχουν τώρα αναπτύξει ένα νέο υλικό δέσμευσης άνθρακα που κατασκευάζεται από μια απροσδόκητη πηγή: απόβλητα από την παραγωγή γαλακτοκομικών προϊόντων και τόφου.
Σε μια μελέτη που δημοσιεύτηκε από τον Dr PNASΜια ομάδα με επικεφαλής τον επιστήμονα υλικών Raphael Mezenga, καθηγητή στο Τμήμα Επιστημών και Τεχνολογίας Υγείας του ETH Ζυρίχης, περιέγραψε μια μέθοδο που χρησιμοποιεί ορό γάλακτος και υποπροϊόντα από την παραγωγή τόφου για την απορρόφηση CO.2.
Μεγάλη ποσότητα υγρού πλούσιου σε πρωτεΐνες παράγεται κατά την παραγωγή γάλακτος και τόφου. Μόνο ένα μέρος επαναχρησιμοποιείται στην παραγωγή τροφίμων, το μεγαλύτερο μέρος του υπόλοιπου πετιέται. Οι ερευνητές εξάγουν πρωτεΐνες από αυτό το ρεύμα αποβλήτων και τις συναρμολογούν σε δομές που μοιάζουν με μακριές κλωστές, γνωστές ως ινίδια αμυλοειδούς.
Αυτά τα ινίδια στη συνέχεια συνδυάστηκαν με υδροξείδιο του καλίου και διαμορφώθηκαν σε πορώδη σφαιρίδια με διάμετρο περίπου μισού εκατοστού έως ενός εκατοστού.
«Το υλικό που προκύπτει είναι σαν ένα σφουγγάρι που μπορεί να απορροφήσει μεγάλες ποσότητες CO2 μέσω του υδροξειδίου του καλίου», εξηγεί ο Mezenga.
Η απόδοση δέσμευσης άνθρακα υπερβαίνει τις υπάρχουσες μεθόδους
Το υδροξείδιο του καλίου μέσα στο σφαιρίδιο αντιδρά με CO όταν εκτίθεται στον αέρα2Παράγει όξινο ανθρακικό, ένα άλας ανθρακικού οξέος. Αυτή η αντίδραση απομακρύνει αποτελεσματικά το διοξείδιο του άνθρακα από την ατμόσφαιρα.
«Στα πειράματά μας με τον ατμοσφαιρικό αέρα, μπορέσαμε να εξαγάγουμε 97 mg CO2 με ένα γραμμάριο υλικού», εξηγεί ο Zhou Dong, μεταδιδακτορικός ερευνητής στην ομάδα του Meizenger και επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης.
Σύμφωνα με τον Dong, αυτή η απόδοση είναι εξαιρετικά ισχυρή, υπερβαίνοντας τις δυνατότητες της συμβατικής τεχνολογίας DAC κατά 10 έως 50 τοις εκατό. Εκτίμησε ότι ένα κιλό πρωτεϊνικών σφαιριδίων μπορούσε θεωρητικά να δεσμεύσει και να δεσμεύσει περίπου 100 γραμμάρια CO.2 κατά τη διάρκεια ενός μόνο κύκλου λειτουργίας.
Αφαίρεση άνθρακα χαμηλής ενέργειας
Τα παραδοσιακά συστήματα άμεσης δέσμευσης αέρα βασίζονται συνήθως στη θερμότητα και την αρνητική πίεση για την απελευθέρωση του δεσμευμένου CO2 Από τα υλικά που το διατηρούν. Το ανακτηθέν διοξείδιο του άνθρακα μπορεί στη συνέχεια να αποθηκευτεί ή να μετατραπεί σε άλλα προϊόντα, κρατώντας το μακριά από την ατμόσφαιρα για μακροπρόθεσμο.
Επειδή αυτή η διαδικασία καταναλώνει σημαντική ποσότητα ενέργειας, οι εγκαταστάσεις DAC είναι γενικά πιο πρακτικές σε τοποθεσίες με άφθονες ανανεώσιμες πηγές ενέργειας.
Η ομάδα του ETH Ζυρίχης ανέπτυξε μια διαφορετική προσέγγιση. Για την απελευθέρωση του φυλακισμένου CO2Οι ερευνητές ψέκασαν εναλλάξ τα σφαιρίδια πρωτεΐνης με ένα ήπιο οξύ και μια ήπια βάση για περίπου 10 λεπτά σε θερμοκρασία δωματίου. Αυτή η διαδικασία σπάει τους χημικούς δεσμούς που περιέχουν CO2Επιτρέπει τη συλλογή.
Οι επαναχρησιμοποιούμενες χάντρες υποστηρίζουν μια κυκλική οικονομία
Τα σφαιρίδια οξέος, βάσης και πρωτεΐνης μπορούν όλα να επαναχρησιμοποιηθούν.
«Συνθετικά υλικά που χρησιμοποιούνται για τη δέσμευση CO2 Σήμερα αποσυντίθεται γρήγορα», λέει ο Dong. «Αντίθετα, τα σφαιρίδια πρωτεΐνης μας είναι σταθερά για μεγάλο χρονικό διάστημα».
Εργαστηριακές δοκιμές έδειξαν ότι το υλικό διατήρησε την απόδοσή του σε 30 κύκλους δέσμευσης και απελευθέρωσης άνθρακα, χωρίς σημαντική απώλεια απόδοσης.
Με την πάροδο του χρόνου, η ικανότητα απορρόφησης τελικά θα μειωθεί. Ο Mezenga εκτιμά ότι μπορεί να χρειαστεί αντικατάσταση μετά από μερικές χιλιάδες κύκλους. Ωστόσο, δεδομένου ότι τα σφαιρίδια είναι εντελώς βιολογικά, μπορούν στη συνέχεια να επαναχρησιμοποιηθούν ως γεωργικό λίπασμα ή να μετατραπούν σε βιοκαύσιμα.
Η βιοδιασπώμενη φύση τους θα μπορούσε να επιτρέψει στην τεχνολογία να ενταχθεί σε ένα ευρύτερο μοντέλο κυκλικής οικονομίας, μειώνοντας τα απόβλητα ενώ θα συνεχίσει να παρέχει αξία μετά την απόσυρση των σφαιριδίων από τη χρήση δέσμευσης άνθρακα.
«Τα υλικά που χρησιμοποιούμε για αυτή τη διαδικασία είναι μη τοξικά και κατάλληλα για τρόφιμα», σημείωσε ο Mezenga.
Η ομάδα πραγματοποίησε επίσης ανάλυση κύκλου ζωής και διαπίστωσε ότι η νέα μέθοδος παράγει λιγότερη περιβαλλοντική ρύπανση σε όλη τη διάρκεια ζωής της από την υπάρχουσα τεχνολογία DAC.
Μπορεί η τεχνολογία να κλιμακωθεί;
Αν και τα αποτελέσματα είναι ελπιδοφόρα, θα χρειαστούν πρόσθετες δοκιμές για να καθοριστεί εάν η τεχνολογία μπορεί να λειτουργήσει αποτελεσματικά σε βιομηχανική κλίμακα διατηρώντας παράλληλα την υψηλή της ικανότητα δέσμευσης άνθρακα.
Για την τρέχουσα μελέτη, οι ερευνητές εργάστηκαν σε ελεγχόμενο εργαστηριακό περιβάλλον χρησιμοποιώντας μόνο μερικά γραμμάρια υλικού και συνέλαβαν περίπου 50 γραμμάρια CO.2.
Ο Majenga είναι αισιόδοξος για το μέλλον της τεχνολογίας. Έχει μελετήσει τα ινίδια αμυλοειδούς για σχεδόν δύο δεκαετίες και προηγουμένως τα χρησιμοποίησε για την ανάπτυξη βιοαποδομήσιμων πλαστικών εναλλακτικών και τεχνολογιών καθαρισμού του νερού.
«Είμαστε βέβαιοι ότι η τεχνολογία είναι επεκτάσιμη», λέει.
Σύμφωνα με το Mezenga, συστήματα που βασίζονται σε ψεκασμό χρησιμοποιούνται για την απελευθέρωση CO2 Συμβατό με ήδη ευρέως χρησιμοποιούμενες βιομηχανικές τεχνικές. Ο Dong θα συνεχίσει να διερευνά πώς λειτουργεί η διαδικασία σε μεγαλύτερη κλίμακα.
Οι ερευνητές δεν έχουν υπολογίσει ακόμη το ακριβές κόστος της δέσμευσης ενός τόνου CO2 Χρησιμοποιώντας νέα συστατικά. Ωστόσο, η Mezenga αναμένει ότι θα είναι σημαντικά λιγότερο ακριβό από τα συμβατικά συστήματα άμεσης σύλληψης αέρα.
«Η τεχνολογία μας είναι φθηνότερη και πιο βιώσιμη γιατί απαιτεί λίγη ενέργεια και βασίζεται σε ευρέως διαθέσιμα απόβλητα», λέει. «Αυτό θα μπορούσε να αλλάξει το παιχνίδι για το μέλλον της αφαίρεσης CO2 από τον αέρα».
