Ako sa zbavíme CO2? Vedci to skúšajú pomocou unikátnej batérie

Tím vedený Jamesom Buchenom z University of Delaware vyvinul zariadenie na zachytávanie oxidu uhličitého, ktoré funguje na princípe nabíjania a vybíjania nikel-hydroxidovej batérie.

Pilotný modul so spotrebou približne 0,8 MWh elektriny na tonu zachyteného CO2 je úspornejší než súčasné zariadenia, ktoré zachytávajú CO2 priamo zo vzduchu. Tie spotrebujú 1,5 až 3 MWh na tonu.

Väčšina dnešných systémov funguje ako reverzibilný filter. Vzduch prechádza cez granuly alebo kvapalinu, ktorá CO2 pohltí, a potom sa nasýtená látka zvyčajne zahreje, aby plyn uvoľnila. Nová technológia teplo nepotrebuje.

Základom je zmena pH. Katóda vyrába hydroxid, ktorý reaguje s CO2 a mení ho na uhličitan alebo hydrogenuhličitan. Tie prejdú cez separačnú membránu k anóde, kde nižšie pH reakciu otočí a CO2 sa uvoľní späť ako plyn, ktorý možno zachytiť v samostatnom prúde. Katóda hydroxid vyrába a anóda ho spotrebúva.

Obe elektródy tvorí hydroxid nikelnatý, rovnaký materiál, aký obsahuje katóda starých nabíjateľných nikel-metal-hydridových batérií typu AA a AAA. Zariadenie sa však nenabíja energiou ako akumulátor do mobilu, ale funguje ako chemická hojdačka. Napätie v jednom smere núti katódu vyrábať hydroxid, ktorý putuje k anóde. Po otočení polarity si elektródy vymenia úlohy a rovnaká chémia ide opačne. Počas celého cyklu zariadenie neustále pohlcuje CO2 a prenáša ho cez článok.

Vedci testovali laboratórny stack z deviatich článkov. Každý má plochu približne pol listu papiera formátu letter. Dúchadlo tlačilo vzduch cez kľukaté kanály v doskách, ktoré články zvierajú, a tie vedci prevzali z palivových článkov. Tlaková strata v stacku zostala pod 300 Pa. Jednotlivé články, ktoré tím skúmal, spotrebovali od 1,15 do 0,46 MWh na tonu CO2. Najnižšiu hodnotu dosiahol 25 cm² článok, ktorý bežal 5 000 hodín na obyčajný vzduch s koncentráciou 400 ppm CO2.

Najslabším miestom je zatiaľ výkon na plochu. Pilotný stack zachytil približne 75 kg CO2 na štvorcový meter za rok pri prúdovej hustote 2 mA/cm². Elektrónová účinnosť dosiahla len 0,25, čiže zachytenie jednej molekuly CO2 stojí viac elektrónov, než by bolo ideálne.

Viacerí autori štúdie sú zároveň súčasťou startupu RepAir Carbon, ktorý na tejto technológii stavia. Časť publikácie preto tvorí odhad ekonomiky v priemyselnom meradle. Pre prvý malý pilotný závod autori počítajú s nákladmi približne 566 dolárov na tonu zachyteného CO2, v prepočte asi 490 eur. Na ďalšie generácie závodov aplikujú krivku učenia lítium-iónových batérií a bežné pravidlá škálovania nákladov pri väčších zariadeniach.

Pre závod s tisíckrát väčšou kapacitou, než má pilot, vychádza odhad 92 dolárov na tonu, v prepočte asi 80 eur. Švajčiarsky Climeworks pritom cieli na 250 až 350 dolárov na tonu, v prepočte asi 215 až 300 eur, a to až do roku 2030. Hranica 100 dolárov na tonu je dlhodobý cieľ celého odvetvia, pretože pri takejto cene by sa zachytávanie CO2 mohlo rozšíriť oveľa viac. Termín komerčného nasadenia RepAir zatiaľ neoznámil.