Teksti Ari Rytsy, kuva Shutterstock
Uusi sähkökemiallinen elektrodi kykenee nappaamaan hiilidioksidia suoraan teollisuuden savukaasuvirrasta ja muuntamaan sen raaka-aineeksi. Innovaatio lupaa virtaviivaistaa päästöjen hyödyntämistä yhdistämällä talteenoton ja jatkojalostuksen samaan laitteeseen.
Teollisuuslaitokset ja voimalat vapauttavat ilmakehään valtavia määriä hiilidioksidia, joka on merkittävä ilmastonmuutosta kiihdyttävä tekijä. Haasteena on pitkään ollut se, että hiilidioksidin talteenotto savukaasuista ja sen muuntaminen hyödyllisiksi kemikaaleiksi ovat vaatineet kalliita, monivaiheisia ja paljon tilaa vieviä erillisprosesseja.
Tammikuussa ACS Energy Lettersissä raportoitu läpimurto lupaa muuttaa tilanteen. Tutkijat Donglai Pan, Myoung Hwan Oh ja Wonyong Choi kehittivät järjestelmän, joka toimii suoraan aidoissa savukaasujen olosuhteissa. Tavoitteena on muuntaa laimeatkin hiilidioksidivirrat hyödyllisiksi tuotteiksi ilman edeltävää kaasujen erotteluvaihetta.
Elektrodin rakenne ja toiminta
Tiimi rakensi elektrodin, jonka läpi kaasu pääsee kulkeutumaan. Elektrodi nappaa kaasun talteen ja muuntaa sen sähkövirran avulla. Elektrodi koostuu kolmesta kerroksesta: kaasua läpäisevästä hiilipaperista, erikoisesta hiiltä sitovasta materiaalista ja katalyyttisestä tina(IV)oksidista.
Menetelmä toimii huoneenlämmössä ja pystyy hyödyntämään hyvin alhaisia hiilidioksidipitoisuuksia.
Tämä rakenne muuttaa hiilidioksidikaasun suoraan muurahaishapoksi, jolla on potentiaalia toimia muun muassa vetytalouden tarpeisiin soveltuvana raaka-aineena ja turvallisena vedynkantajana. Menetelmä toimii huoneenlämmössä ja pystyy hyödyntämään hyvin alhaisia hiilidioksidipitoisuuksia.
”Työ osoittaa, ettei hiilidioksidin talteenottoa ja jatkojalostusta tarvitse käsitellä erillisinä vaiheina. Yhdistämällä molemmat toiminnot samaan elektrodiin osoitamme yksinkertaisemman reitin hiilidioksidin hyödyntämiseen realistisissa kaasuolosuhteissa”, selittää Wonyong Choi American Chemical Societyn julkaisemassa tiedotteessa.
Asiantuntija toppuuttelee odotuksia
Vaikka uusi keksintö toimii laboratoriossa, asiantuntijat suhtautuvat sen teolliseen skaalautuvuuteen varauksella. Aalto-yliopiston kemian ja materiaalitieteen laitoksen apulaisprofessori Pekka Peljo muistuttaa, että integroiduissa menetelmissä eri vaiheiden yhteensovittaminen on haastavaa.
”En ole oikein vakuuttunut integroitavista menetelmistä, koska yleensä näissä joudutaan tekemään kompromisseja kaappauksen ja hyödyntämisen suhteen. Erillisissä prosesseissa ne voidaan optimoida omina kokonaisuuksinaan.”
Myös laitteen energiatehokkuus herättää kysymyksiä. Perinteinen muurahaishapon tuotanto on suoraviivaista, mutta sähkökemiallinen muunnos vaatii valtavasti sähköenergiaa.
”Esimerkiksi Oulun muurahaishappotehtaalla käytetty Kemira–Leonard-prosessi on eksoterminen ja kuluttaa energiaa lähinnä paineistukseen. Sähkökemiallinen menetelmä taas tarkoittaisi siellä 100 000 tonnin vuosituotannolla noin 350 GWh:n energiankulutusta”, Peljo havainnollistaa.
Mittakaavaero laboratorion ja teollisuuden välillä
Kaiken kaikkiaan laboratoriotason prototyypillä on edessään pitkä matka teolliseen mittakaavaan. Saman 100 000 tonnin vuosituotannon saavuttaminen vaatisi teoreettisesti peräti kymmenen hehtaarin laajuisen elektrodipinta-alan.
”Julkaistussa artikkelissa ei anneta tietoja siitä, kuinka suuri osuus hiilidioksidista saadaan talteen ja minkälaisiin muurahaishappopitoisuuksiin laitteella päästään. Jos pitoisuudet jäävät hyvin laimeiksi, erotusprosessit käyvät kalliiksi”, muistuttaa Peljo.
