Vleugje zink haalt tot 50% meer CO2 uit rookgas

May 6th 2020

Kunnen we sneller en meer CO2 uit het rookgas van energiecentrales en fabrieken filteren? DIFFER-onderzoekers Tesfaye Belete, Michael Gleeson en Richard van de Sanden ontdekten hoe ze het CO2-afvangmateriaal calciumcarbonaat een flinke oppepper kunnen geven door er een vleugje zink aan toe te voegen. Hun aangepaste materiaal vangt tot anderhalf keer zoveel CO2 af als puur calciumcarbonaat, schrijven de onderzoekers in het vakblad Sustainable Materials and Technologies.

Efficiëntere en robuustere afvang van CO2

Het werk van Belete, Gleeson en Van de Sanden is goed nieuws voor de afvang van CO2 uit geconcentreerde, industriële uitstoot. Zulke industrie blijft nog lang belangrijk tijdens de energietransitie, maar met CO2-afvang kan het effect ervan op klimaatverandering worden teruggedrongen.

Een veelgebruikt CO2-afvangmateriaal is calciumcarbonaat, dat in de calcium looping cycle eerst CO2 opneemt en het in een tweede processtap weer loslaat. Het CO2 kan dan ondergronds worden opgeslagen, of via verdere processtappen worden hergebruikt als synthetische brandstof. Helaas dringt CO2 maar traag door in de bulk van het materiaal. Ook gaat de opnamecapaciteit tijdens de levensduur van het materiaal achteruit omdat het calciumcarbonaat door opwarmen tijdens de looping cycle sintert en zijn open structuur verliest.


Een stuk calciumcarbonaat laat opgenomen CO2 los in een waterplasma (geladen gas), wat het materiaal helpt zijn originele structuur te houden.

Sneller, meer en langer CO2 opnemen met doping

Om de kosten van CO2-afvang te drukken is het belangrijk de prestaties van calciumcarbonaat te verbeteren. Belete, Gleeson en Van de Sanden deden dat door varianten van calciumcarbonaat te produceren met lage concentraties van metalen als zink, koper, ijzer, kobalt en nikkel. Die transitiemetalen zijn ruim voorradig en daarmee serieuze kandidaten voor realistische toepassing op grote schaal. Uit het onderzoek blijkt dat zulke doping van calciumcarbonaat met zink een dramatisch effect had op zowel hoeveel en hoe snel het materiaal CO2 opneemt.

"In ons beste sample zagen we dat calciumcarbonaat met zink tot 50% keer meer CO2 op kan nemen, en dat tot twaalf keer sneller dan het originele materiaal", vat DIFFER groepsleider Michael Gleeson samen. Deze variant met zink leek ook beter bestand tegen het proces van sinteren, waarbij de sponsachtige structuur van calciumcarbonaat door herhaald opwarmen beschadigd raakt en steeds minder CO2 op kan nemen. "Natuurlijk zijn dit experimenten onder gecontroleerde laboratoriumcondities, maar het potentieel is er. Nu is de vraag of het materiaal ook onder realistische condities beter is in CO2 afvangen."


Laboratoriumopstelling voor onderzoek naar hoe goed varianten van calciumcarbonaat CO2 op kunnen nemen.

Toekomst: schone brandstof uit afgevangen CO2

CO2 efficienter afvangen is waardevol, maar DIFFER's onderzoekslijn Solar Fuels mikt op een nog ambitieuzer doel: afgevangen CO2 samen met behulp van duurzame elektriciteit omzetten in brandstoffen of andere waardevolle chemicaliën.

"Solar fuels bevatten minstens 40 keer méér energie dan hetzelfde gewicht in batterijen", aldus Richard van de Sanden, die leiding geeft aan DIFFER's solar fuels-onderzoek. "Ze zijn daarom ideaal om duurzame energie seizoenenlang op te slaan, maar ook voor transport over lange afstand zoals intercontinentaal vliegverkeer, of om de industrie van fossiele grondstoffen af te helpen."

Publicatie

Performance of transition metal-doped CaCO3 during cyclic CO2 capture and-release in low-pressure H2O vapour and H2O plasma
Sustainable Materials and Technologies
https://authors.elsevier.com/a/1avkd7tePfqPOk