Sistem cahaya matahari meniru tanaman untuk memberi makan karbon penangkapan

Metode saat ini untuk menangkap dan melepaskan karbon mahal, sehingga energi yang intensif sering membutuhkan, kontraproduktif, penggunaan bahan bakar fosil. Terinspirasi oleh tanaman, para peneliti Cornell telah mengumpulkan proses kimia yang dapat memberi makan penangkapan karbon dengan sumber energi yang berlimpah, bersih dan bebas: sinar matahari.

Penelitian dapat sangat meningkatkan metode saat ini Penangkapan karbon—Sebuah strategi penting dalam perang melawan Pemanasan global—Hero mengurangi biaya bersih dan emisi.

Dalam penelitian ini, diterbitkan di dalam KimiaPara peneliti menemukan bahwa mereka dapat berpisah karbon dioksida Dari sumber industri yang meniru mekanisme yang digunakan tanaman untuk menyimpan karbon, menggunakan sinar matahari untuk membuat molekul enol yang stabil cukup reaktif untuk “mengambil” karbon.

Mereka juga menggunakan sinar matahari untuk meningkatkan reaksi tambahan yang kemudian dapat melepaskan karbon dioksida untuk penyimpanan atau penggunaan kembali. Ini adalah sistem pemisahan pertama dengan cahaya cahaya baik untuk penangkapan karbon dan untuk pelepasan. Siswa lulus Baya Ahmad, MS ’23, adalah penulis pertama.

“Dari sudut pandang kimia, ini sama sekali berbeda dari apa yang dilakukan orang lain dalam penangkapan karbon,” kata penulis utama Phillip Milner, associate professor kimia dan biologi kimia di Fakultas Seni dan Ilmu Pengetahuan. “Seluruh mekanisme adalah Batang, dan ketika dia awalnya menunjukkannya kepada saya, saya pikir itu tidak akan berhasil. Itu berfungsi sepenuhnya.”

Karbon dioksida sulit ditangkap karena lembam, kata Milner, yang telah membawa para peneliti ke industri ke amina, senyawa terorganisir dan amonia yang mengandung nitrogen, yang secara selektif bereaksi dengan karbon dioksida dan dapat mengeluarkannya dari campuran dari banyak senyawa. Tetapi amina tidak stabil di hadapan oksigen dan tidak bertahan lama, yang membutuhkan produksi energi intensif lebih banyak dan lebih banyak amina.

“Sejak awal, laboratorium kami telah mencoba memikirkan bagaimana kami dapat menggunakan intuisi kami sebagai bahan kimia untuk menemukan cara alternatif untuk menangkap karbon dioksida,” kata Milner. “Pada dasarnya kita memiliki moto ‘apa saja kecuali amina’.”

Reaksi penangkapan karbon menggunakan mekanisme yang sama dengan enzim Rubisco, penting untuk fotosintesis, digunakan untuk memperbaiki karbon pada tanaman. Untuk melepaskan karbon, para peneliti mengubah pH untuk memungkinkan dekarboksilasi, atau penghapusan gugus karboksil. Mereka menggunakan sorbente berbiaya rendah, 2-methylbenzophenone, dan menemukan bahwa laju penangkapan karbon dalam sistem baru adalah sama atau lebih baik daripada teknologi berbasis cahaya lainnya. Sistem ini juga tidak memerlukan pendinginan tambahan antara langkah -langkah pelepasan dan penangkapan, batasan penting dari karbon lainnya dan metode pelepasan.

Para peneliti menguji sistem menggunakan sampel kombinasi dari panas kombinasi dan konstruksi energi Cornell, sebuah pabrik energi di kampus yang dibakar Gas Alamdan menemukan bahwa ia berhasil mengisolasi karbon dioksida. Milner mengatakan bahwa langkah ini penting, karena banyak metode yang menjanjikan untuk penangkapan karbon di laboratorium gagal ketika mereka menghadapi sampel dunia nyata dengan polutan jejak.

Milner dan timnya membayangkan mengatur reaksi dalam apa yang tampak seperti panel surya, tetapi yang akan menangkap karbon alih -alih menghasilkan listrik. Sebagai rekan perdana dari Semlitz Family Sustity di Cornell Atkinson Sustainability Center, Ahmad bekerja dengan mitra di Cornell SC Johnson College of Business untuk mengeksplorasi komersialisasi.

“Kami benar -benar ingin sampai pada titik di mana kami dapat menghilangkan karbon dioksida dari udara, karena saya pikir itu yang paling praktis,” kata Milner. “Kamu bayangkan ketika kamu memasuki gurun, letakkan panel ini yang mengisap karbon dioksida udara dan menjadikannya murni karbon dioksida tekanan tinggi. Lalu kita bisa memasukkannya ke dalam pipa atau mengubahnya menjadi sesuatu di situs.”

Laboratorium Milner juga mengeksplorasi bagaimana sistem cahaya cahaya dapat diterapkan pada gas lain, karena pemisahan mendorong 15% dari Penggunaan Energi Global.

“Ada banyak peluang untuk mengurangi konsumsi energi melalui penggunaan cahaya untuk melakukan pemisahan ini alih -alih listrik,” kata Milner.

Milner adalah bagian dari upaya untuk sampel konstruksi gabungan panas dan energi Cornell yang tersedia untuk para peneliti dan startup yang mempelajari penangkapan karbon di Cornell dan sekitarnya.

“Mendapatkan gas pembakaran industri yang sebenarnya sangat sulit, karena perusahaan tidak ingin orang tahu apa yang keluar dari pembangkit listrik mereka,” kata Milner. “Tapi Cornell bukan perusahaan, jadi ini adalah sesuatu yang unik yang dapat kami tawarkan dan kami berharap untuk beroperasi pada tahun depan.”