Miért drága eddig a szén-dioxid megkötés?
A nagyipari CO2-megkötési eljárások, például a folyékony aminoldatos mosótechnológia, jelenleg több mint 100 °C-ra hevített oldatot igényelnek ahhoz, hogy a szén-dioxidot újrafelszabadítsák, és a folyadékot újrahasznosítsák. Ez a magas energiaigény komoly kiadásokkal jár, ami miatt a módszer ritkán alkalmazható ipari méretekben.
A szilárd szénalapú anyagok nagyobb gyártási érdeklődést kaptak, mivel olcsók, nagy a fajlagos felületük, és már eleve kevesebb hővel működnek, főleg ha nitrogéntartalmú funkciós csoportokat tartalmaznak. A gondot eddig az okozta, hogy a nitrogénatomok véletlenszerűen helyezkedtek el bennük, így nem lehetett pontosan ellenőrizni vagy előre jelezni a hatékonyságukat.
Új típusú szénanyag: viciazit
A kutatócsoport most viciazit néven egy új anyagtípust fejlesztett. A viciaziteknél szomszédos nitrogéncsoportokat tervezetten helyeznek el a szén szerkezetében. Ennek eléréséhez például koronén nevű vegyületet hevítettek, brómmal kezelték, majd ammóniagázzal reagáltatták – így a nitrogénatomok 76 százalékát sikerült pontosan a kívánt pozíciókba beépíteni.
További két viciazit-változatot is létrehoztak, különböző nitrogénkonfigurációkkal: az egyikben szomszédos pirrolos nitrogéncsoportokat, a másikban piridin-típusúakat használtak, előbbinél 82, utóbbinál 60 százalékos pontossággal helyezték el az atomokat.
Hatékonyabb CO2-megkötés, egyszerűbb felszabadítás
Az új anyagokat aktivált szénrostokra vitték fel, majd többféle analitikai módszerrel igazolták a nitrogénatomok szomszédos elhelyezkedését. A tesztek kimutatták: azok a minták, amelyekben -NH2 (amin) vagy pirrolos nitrogéncsoportok voltak egymás mellett, lényegesen több szén-dioxidot kötöttek meg, mint a kezeletlen szenek.
Különösen érdekes, hogy a szomszédos amincsoportokat tartalmazó anyagban a megkötött CO2 java 60 °C alatt visszanyerhető – vagyis a rendszer hulladékhővel is működtethető, ami drasztikusan csökkenti az üzemeltetési költségeket. A pirrolos nitrogéncsoportokkal rendelkező anyagnál magasabb hő szükséges a CO2 visszanyeréséhez, viszont hosszabb élettartamot és stabilitást ígér.
Túl a szén-dioxidon: új lehetőségek
Másként fogalmazva, a kutatók most először tudták megbízhatóan, molekuláris szinten meghatározni, mely atomelrendezések vezetnek igazán hatékony CO2-megkötéshez – és ez iránymutatást adhat a következő generációs klímatechnológia fejlesztéséhez. Ráadásul ezek a viciazitek nemcsak szén-dioxid eltávolítására lehetnek jók: felhasználhatók akár fémionok eltávolítására vagy katalizátorként is, a felületük testreszabhatósága miatt.
