Afval CO2 kan de bron van kracht zijn

Nederlandse wetenschappers hebben een nieuwe toepassing bedacht voor al het kooldioxide dat uit de schoorstenen van op fossiele brandstoffen gestookte elektriciteitscentrales stroomt: oogst het voor nog meer elektriciteit.

Ze zouden, zo beweren ze, de koolstofdioxide door water of andere vloeistoffen kunnen pompen en een stroom elektronen en dus meer elektriciteit kunnen produceren. Elektriciteitscentrales stoten elk jaar 12 miljard ton kooldioxide uit bij de verbranding van steenkool, olie of aardgas; verwarmingsinstallaties voor woningen en bedrijven geven nog eens 11 miljard ton vrij.

Dit zou volgens hen voldoende zijn om jaarlijks 1,750 terawattuur extra elektriciteit te creëren: ongeveer 400 maal de productie van de Hoover-dam in de VS, en dat allemaal zonder een extra snik kooldioxide in de atmosfeer te brengen. De uitlaatgassen van de ene cyclus van elektriciteitsproductie kunnen dus onmiddellijk worden gebruikt om een ​​andere stroom aan het elektriciteitsnet te leveren.

Ze maken deze bewering in een tijdschrift genaamd Environmental Science and Technology Letters, dat wordt uitgegeven door de American Chemical Society, en de bewering berust op een 200 jaar oude techniek, ontwikkeld door Sir Humphry Davy en Michael Faraday: elektrolyse.

Energie uit afval oogsten

Achter deze redenering gaat een eenvoudige stelling schuil, namelijk dat elke chemische gebeurtenis enige uitwisseling van energie met zich meebrengt. In een oplossing omvat deze beweging van energie elektronen en ionen die naar kation- of anionelektroden migreren. In een mix van twee verschillende oplossingen heeft het uiteindelijke mengsel een energie-inhoud die lager is dan de som van de twee oorspronkelijke oplossingen: aangezien energie niet kan worden gecreëerd of vernietigd, moet er daarom enige energie beschikbaar zijn voor exploitatie.


innerlijk abonneren grafisch


Bert Hamelers van Wetsus, een centrum voor waterexcellentie in Nederland, en collega's van de Universiteit van Wageningen melden dat ze poreuze elektroden gebruikten en kooldioxide in water spoelden om stroom te krijgen: het gas reageerde met het water om koolzuur te maken, dat in de elektrolyt werden positieve waterstofionen en negatieve ionen van het bicarbonaat HCO3. Naarmate de pH van de oplossing hoger wordt, wordt het bicarbonaat een eenvoudig carbonaat en hoe hoger de CO2-druk, hoe groter de toename van ionen in de oplossing.

In hun experiment ontdekten ze dat terwijl ze hun waterige elektrolyt doorspoelden met lucht en afwisselend met CO2, tussen hun poreuze elektroden, er een voorraad elektriciteit begon op te bouwen. Omdat de lucht die uit de schoorstenen van elektriciteitscentrales die op fossiele brandstoffen draaien maar liefst 20% CO2 bevat, vertegenwoordigt zelfs de uitstoot een potentieel voor meer energie.

Ze ontdekten dat ze nog meer stroom konden krijgen als ze in plaats van een wateroplossing een elektrolyt van monoethanolamine gebruikten. In experimenten leverde dit een energiedichtheid op van 4.5 mW per vierkante meter.

De ironie is dat deze elektrische energie potentieel al beschikbaar is bovenaan de schoorsteen van de elektriciteitscentrale, omdat bij het vrijkomen één ‘oplossing’ van broeikasgas in de lucht zich onmiddellijk vermengt met een oplossing van verschillende sterkte in de lucht.

Niemand beschikt uiteraard over een manier om deze energie rechtstreeks te oogsten, maar een ouderwets experiment met elektroden in een laboratorium laat zien dat er elke dag enorme hoeveelheden potentiële energie verloren gaan, op onverwachte manieren.

Grafeen-batterijen

Het zou enorme investeringen vergen – en veel technisch vernuft – om de uitstoot van broeikasgassen om te zetten in nog meer elektriciteit, maar dergelijk onderzoek herinnert ons eraan dat wetenschappers overal op zoek zijn naar slimme nieuwe manieren om de planeet van stroom te voorzien.

Dan Li, een materiaalingenieur aan de Monash University in Australië, rapporteert in het tijdschrift Science dat hij en zijn team een ​​op grafeen gebaseerde supercondensator hebben ontwikkeld die compact is en snel kan worden opgeladen, maar net zo lang meegaat als een conventionele loodzuurcondensator. accu.

Dat betekent dat het kan worden gebruikt om hernieuwbare energie op te slaan, draagbare elektronica van stroom te voorzien of elektrische voertuigen aan te drijven. Grafeen is een nieuw wondermateriaal, een variant van grafiet of koolstof, georganiseerd in lagen van slechts één atoom dik. “Het bevindt zich bijna in de fase van de overgang van laboratorium naar commerciële ontwikkeling”, zegt Li.

Stroom uit zonlicht en water

En in hetzelfde tijdschrift rapporteert een team van de Universiteit van Colorado in Boulder in de VS dat ze een techniek hebben om zonlicht te concentreren en dit te gebruiken om water te splitsen in de componenten waterstof en zuurstof: deze twee in combinatie leveren de energie voor waterstof brandstofcellen die in veel steden al het openbaar vervoer van stroom voorzien.

De Boulder-techniek maakt gebruik van een torenhoge reeks spiegels die op één enkel punt zijn gericht om een ​​metaaloxidereactor tot 1,350 ° C te verwarmen en een keten van gebeurtenissen op atomaire schaal op gang te brengen waarbij zuurstofatomen uit stoom worden gehaald, waardoor de waterstofmoleculen vrijkomen.

“Water splitsen met zonlicht is de heilige graal van een duurzame waterstofeconomie”, zegt Alan Weimer, leider van de Boulder-onderzoeksgroep. Maar commerciële introductie kan nog jaren duren. “Nu de prijs van aardgas zo laag is, is er geen prikkel meer om schone energie te verbranden.” – Klimaatnieuwsnetwerk