Ranglen/Shutterstock In unserer sich schnell erwärmenden Welt Einen kostengünstigen Weg zu finden, Treibhausgase aus der Atmosphäre zu entfernen und gleichzeitig unseren Energiebedarf zu decken, könnte der Schlüssel zu unserem weiteren Überleben auf der Erde in den kommenden Jahrhunderten sein.
Und neue Forschungen haben uns einen Schritt näher gebracht, indem sie eine wiederaufladbare Batterie entwickelt haben, die mit Lösungen aus Kohlendioxid und Luft betrieben wird.
In der Vergangenheit haben Forscher Treibhausgasemissionen genutzt, um durch Umwandlung eine Energiequelle zu schaffen CO2 direkt in einen Kraftstoff umwandeln B. Ethanol, sodass Pflanzen die Drecksarbeit nicht mehr erledigen müssen.
Ein anderer Vorschlag wurde letztes Jahr von einem Team des gemacht Lawrence Livermore National Laboratory , die vorschlug, Emissionen in Brunnen 1 oder 2 Kilometer (3.000 bis 5.000 Fuß) unter der Erde zu pumpen und so erhitztes Wasser an die Oberfläche zu drücken, um eine Quelle für geothermische Energie bereitzustellen.
Aber was wäre, wenn wir Kohlendioxid direkt bei der Herstellung von Batterien verwenden könnten? Forscher haben diese Möglichkeit untersucht in der Vergangenheit , aber die meisten Pläne zur Stromerzeugung aus unserem Überfluss an atmosphärischem CO2 sind unerschwinglich teuer oder produzieren nicht viel Strom.
Ein Team der Pennsylvania State University glaubt, dass ihre neue Erfindung diesem Trend endlich entgegenwirken kann.
„Diese Arbeit bietet eine alternative, einfachere Möglichkeit zur Gewinnung von Energie aus CO2-Emissionen im Vergleich zu bestehenden Technologien, die teure Katalysatormaterialien und sehr hohe Temperaturen erfordern, um CO2 in nützliche Kraftstoffe umzuwandeln“, sagte Teammitglied Christopher Gorski sagte Lisa Zyga bei Phys.org .
Basierend auf einem Batterietyp namens a Durchflusszelle , das Konstrukt ist im Prinzip recht einfach.
Stellen Sie sich zwei Behälter vor, die durch eine halbporöse Membran getrennt sind. Mithilfe eines Prozesses namens sprengen Dabei wird Gas aus der Umgebungsluft in Wasser gelöst und in einen der Behälter gegeben.
Der zweite Behälter enthält eine ähnlich gesprudelte Mischung aus Wasser und reinem Kohlendioxid. Beim Auflösen spaltet sich das Kohlendioxid in positiv geladene Wasserstoffionen – oder einfache alte Protonen – und Bikarbonat auf, wodurch der pH-Wert der Lösung auf 7,7 sinkt.
Da die mit Luft begaste Lösung einen höheren pH-Wert von 9,4 aufweist, bilden die Gemische einen Gradienten unterschiedlicher Konzentrationen geladener Teilchen.
Kim et al./2017 American Chemical Society
Die meisten Moleküle können nicht durch die Trennwand fließen, aber die Ionen bewegen sich frei von einer Lösung zur anderen. Dadurch erfahren die Manganoxid-Elektroden in jedem Behälter Spannungsunterschiede, die wiederum einen Strom erzeugen.
Sobald die Zelle erschöpft ist, kann sie einfach durch Wechseln der über jede Elektrode fließenden Lösung wieder aufgeladen werden. Die Forscher fanden heraus, dass sie die Lösungen mehr als 50 Mal austauschen und trotzdem das gleiche Leistungsniveau beibehalten konnten.
Im Durchschnitt erzeugte die Durchflusszelle eine Leistungsdichte von 0,82 W/m 2 - fast 200-mal höher als bei früheren Bemühungen. Und auch die verwendeten Materialien waren vergleichsweise günstiger.
Wir sollten darauf hinweisen, dass etwa ein Watt pro Quadratmeter nicht riesig ist – etwas so Kleines wie Ihr durchschnittliche AA-Batterie kann ungefähr die gleiche Menge Strom erzeugen.
Und obwohl mit anderen Mischungen bessere Ergebnisse erzielt wurden, handelt es sich um einen vielversprechenden Proof-of-Concept, und die Forscher gehen davon aus, dass weitere Optimierungen zu Erträgen führen werden, die so groß sind, dass sich die Baukosten lohnen.
Ein weiteres Hindernis, das es zu überwinden gilt, wäre die Anpassung der Technologie an die Nutzung der Gassuppe, die bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe entsteht. Derzeit basieren die Lösungen auf reinem Kohlendioxid und relativ sauberer Luft.
Aber angesichts der Kostensenkungen und Leistungsverbesserungen stellt eine solche Technologie die Sprungbretter dar, die wir möglicherweise angehen müssen Klimawandel und gleichzeitig unseren wachsenden Strombedarf decken.
Diese Forschung wurde veröffentlicht in Briefe zu Umweltwissenschaften und -technologie .