Ingenieure an der Ohio State University haben entwickelte eine Technologie das kann fossile Brennstoffe und Biomasse in nützliche Produkte wie Benzin und Elektrizität umwandeln, ohne Kohlendioxid in die Luft abzugeben.

Sie sind der Ansicht, dass dies ein wichtiger Schritt sein wird, um es den Industriezweigen zu ermöglichen, saubere Energie zu erzeugen, bis erneuerbare Energieträger wie Solar- und Windenergie mehr verfügbar und erschwinglich werden.

Die Technologie nutzt einen Prozess namens chemische Schleife und arbeitet mit winzigen Metalloxidteilchen, die Sauerstoff in Hochdruckreaktoren transportieren. Wenn diese Teilchen das System durchlaufen, verbrennen sie im Wesentlichen fossile Brennstoffe und Biomasse ohne die Anwesenheit von Sauerstoff in der Luft, was eine chemische Reaktion verursacht, die kein Kohlendioxid emittiert.  

Dr. Liang-Shih FanSehr geehrter Universitätsprofessor für Chemie- und Biomolekular-Engineering an der OSU, arbeitet seit über 40 Jahren an dieser Forschung.

Vor fünf Jahren demonstrierten Fan und sein Team einen Teil dieser Technologie, die sie als CDCL-Verbrennung (Carbon Direct Chemical Looping) bezeichneten, indem sie erfolgreich Energie aus Kohle freisetzten und gleichzeitig über 99 Prozent der Kohlendioxidemissionen in die Luft gelangen. Ihre Schlüsselentdeckung war das Ergebnis der Verwendung von Eisenoxidpartikeln, die den Sauerstoff für die chemische Verbrennung in einem Wanderbettreaktor lieferten und nach der Verbrennung den Sauerstoff aus der Luft zurücknahmen, um den Zyklus erneut zu beginnen.

Die Studie ist veröffentlicht in der Zeitschrift Energy & Environmental Science.

Während diese Entdeckung zu der Zeit ein Durchbruch war, bestand die verbleibende Herausforderung darin, die Partikel vor Verschleiß zu schützen, so dass die Technologie für den kommerziellen Betrieb nützlich sein könnte.

Zu diesem Zeitpunkt durchlief CDLC nur mehr 100-Zyklen für mehr als acht Tage ununterbrochener Verwendung. Inzwischen haben die Forscher jedoch eine Rezeptur entwickelt, die 3000-Zyklen oder mehr als acht Monate Dauergebrauch durchhält.

"Wir haben Elemente aus dem Periodensystem gescreent und sind in der Lage, Elemente mit hoher Reaktivität und physikalischen Festigkeiten zu identifizieren", sagte Fan. „Es ist ein aufwändiger Prozess beim Element-Screening. Wir gehen davon aus, dass dieses Partikel einen Lebenszyklus hat, der über die 3000-Zyklen hinausgeht. “

Diese Studie ist auch veröffentlicht in der Zeitschrift Energy & Environmental Science.

Bisher war dies die längste Lebensdauer, die jemals für den Sauerstoffträger gemeldet wurde. Der nächste Schritt der Forscher besteht darin, den Träger in einem integrierten kohlebefeuerten chemischen Kreisprozess zu testen.

Darüber hinaus haben Fan und sein Team eine Methode entdeckt, mit der durch chemische Kreisläufe „Synthesegas“ oder synthetisches Gas zu den Hälfte der Kosten der aktuellen Technologie hergestellt werden kann. Synthesegas ist eine Mischung, die überwiegend Kohlendioxid und Sauerstoff enthält.

Die Methode, die patentiert wurde, verwendet tatsächlich Kohlendioxid, um eine Anzahl anderer nützlicher Produkte, einschließlich Ammoniak, Kunststoffe und Kohlenstofffasern, zu erzeugen, anstatt es aus dem Kraftwerksabgas schrubben zu lassen, um zu vermeiden, dass es als Treibhausgas in die Atmosphäre gelangt.

Jede dieser Entwicklungen hat die Technologie der Kommerzialisierung wesentlich näher gebracht.

Die Universität hat bereits begonnen, mit Branchen wie der Linde Group, einem Unternehmen, das Wasserstoff und Synthesegas liefert und Anlagen liefert, und der Babcock & Wilcox Company (B & W), die saubere Energietechnologien für Strommärkte herstellt, zusammenzuarbeiten.

"Wenn die Technologie der chemischen Kreisläufe kommerziell entwickelt wird, hat sie erhebliche Auswirkungen auf die Umwandlung fossiler Brennstoffe in Bezug auf Prozessökonomie, Energieumwandlungseffizienz, Strategie zur Verringerung der Umweltverschmutzung und Variabilität bei der Produktbildung", sagte Fan.