Materiał, który ma pomóc wychwytywać dwutlenek węgla z powietrza? Tak! Zobacz sam!

Naukowcy z Uniwersytetu Rice opracowali technologię, która może pomóc w rozwiązaniu dwóch najbardziej palących problemów środowiskowych – zanieczyszczenia odpadami z tworzyw sztucznych i rosnącej emisji dwutlenku węgla. Ich metoda polega na przekształcaniu odpadów plastikowych w taki sposób, aby pochłaniały CO2 z atmosfery.

Nowy proces opracowany przez zespół naukowców przekształca odpady plastikowe w materiał, który może pochłaniać CO2 z powietrza i wody. Materiał ten może być stosowany jako adsorbent węgla superaktywnego do wychwytywania CO2 ze strumieni gazów przemysłowych.

Jak to działa?

Nowa metoda pozwala za jednym zamachem pozbyć się niektórych odpadów z tworzyw sztucznych i usunąć z powietrza nadmiar dwutlenku węgla. Chemicy z Uniwersytetu Rice’a James Tour, Wala Algozeeb, Paul Savas i Zhe Yuan opisali w czasopiśmie ACS Nano (DOI: 10.1021/acsnano.2c00955) technikę, która poprzez podgrzewanie odpadów plastikowych w obecności octanu potasu wytwarza materiał z porami w skali nanometrów, które doskonale wychwytują cząsteczki dwutlenku węgla. Umieszczając tego typu materiał na kominach elektrowni i innych instalacji przemysłowych emitujących CO2, można by uniknąć pompowania do atmosfery ogromnych ilości tego gazu cieplarnianego.

Naukowcy podgrzewali popularne tworzywa sztuczne, takie jak politereftalan etylenu (PET), polistyren (PS) i polichlorek winylu (PVC), za pomocą octanu potasu pod ciśnieniem w piecu rurowym w temperaturze powyżej 1000 stopni Celsjusza przez kilka godzin jednocześnie. Otrzymany materiał był porowaty i miał ogromną powierzchnię w przeliczeniu na jednostkę masy – ponad 400 metrów kwadratowych na gram – co czyniło go bardzo skutecznym w wychwytywaniu cząsteczek CO2 z powietrza lub pary wodnej.

Jak wyłapać CO2 używając plastikowych odpadów?

Odpady plastikowe są przetwarzane w procesie zwanym pirolizą, w którym degradacja zachodzi w wysokiej temperaturze bez dostępu tlenu. W wyniku tego procesu powstają różne substancje – oleje, woski lub gazy, z których część znajduje drugie życie w różnych gałęziach przemysłu. Jednak w wyniku tego procesu powstają również produkty uboczne, składające się głównie z węgla, które są bezużyteczne.

Jednak w wyniku pirolizy tworzyw sztucznych w obecności octanu potasu powstają materiały porowate, które mogą pochłaniać dwutlenek węgla w ilości odpowiadającej nawet 18% ich masy. Taki materiał znalazłby szerokie zastosowanie. Punktowe źródła emisji CO2, takie jak kominy elektrowni, można wyposażyć w materiał pochodzący z odpadów plastikowych, aby usuwać ogromne ilości CO2, który normalnie trafiłby do atmosfery.

Obiecująca przyszłość

Materiał ten powstaje w wyniku ogrzewania stałych odpadów komunalnych na powierzchni katalizatora z tlenku żelaza. Powstały w ten sposób materiał może być wielokrotnie wykorzystywany do usuwania dwutlenku węgla z powietrza.

Ponadto, podczas gdy typowy chemiczny recykling tworzyw sztucznych nie radzi sobie dobrze z odpadami polimerowymi o niskiej zawartości węgla, w tym z polipropylenem i polietylenem, które są głównymi składnikami odpadów komunalnych, nowa metoda bardzo dobrze przekształca je w materiały do wychwytywania CO2.

Co więcej, metoda ta jest niedroga. Naukowcy szacują, że koszt wychwytywania dwutlenku węgla z punktowego źródła wyniósłby 21 USD za tonę. To znacznie mniej niż np. w przypadku ekstrakcji dwutlenku węgla z gazu ziemnego, która kosztuje od 80 do 160 USD za tonę.

Jakby tego było mało, zaletą nowego materiału jest również to, że można go ponownie wykorzystać. Podgrzanie go do temperatury około 75 stopni Celsjusza uwalnia uwięziony dwutlenek węgla.