Wetenschappers zetten CO₂ om in koolstofnanovezels voor cement en beton
Wetenschappers van het Amerikaanse Department of Energy's Brookhaven National Laboratory en Columbia University hebben een baanbrekende methode ontwikkeld om koolstofdioxide (CO₂), een krachtig broeikasgas, om te zetten in koolstofnanovezels. Deze nanovezels hebben unieke eigenschappen en bieden veelbelovende lange termijn toepassingen, bijvoorbeeld in cement en beton.
Het proces maakt gebruik van tandem elektrochemische en thermochemische reacties bij relatief lage temperaturen en omgevingsdruk. Volgens een publicatie in het tijdschrift Nature Catalysis zou deze aanpak effectief koolstof kunnen vastleggen in een bruikbare vaste vorm, waarmee negatieve koolstofemissies mogelijk worden.
Koolstofnanovezels
De sleutel tot deze innovatie is de combinatie van elektrokatalyse en thermokatalyse in twee afzonderlijke stappen. In de eerste stap wordt koolstofmonoxide (CO) geproduceerd uit CO₂ met behulp van een elektrokatalysator op basis van palladium. Deze elektrokatalysator splitst zowel CO₂ als water (H2O) in respectievelijk CO en waterstofgas (H2). Voor de tweede stap wordt een thermokatalysator op basis van een ijzer-kobalt legering gebruikt, die opereert bij temperaturen rond de 400 graden Celsius. Door deze twee processen te combineren, kan koolstof op een efficiënte manier worden omgezet in koolstofnanovezels.
De methode omzeilt thermodynamische beperkingen, fixeert CO₂ voor langdurige opslag, levert duurzame energie en produceert waardevolle koolstofvezels en hernieuwbare waterstof gas (H₂).
Versterken van cement
Het resulterende materiaal, koolstofnanovezel, kan worden gebruikt om bouwmaterialen zoals cement te versterken. Dit zou de koolstof voor ten minste 50 jaar in beton kunnen opsluiten, wat gunstig is voor het verminderen van de CO₂-uitstoot. Bovendien produceert het proces waterstofgas als bijproduct, wat een veelbelovende en schone brandstof is.Een opvallend aspect van deze methode is de mogelijkheid tot het recyclen van de katalysatoren. Door het gebruik van zuur kunnen de metalen katalysatoren worden teruggewonnen zonder de koolstofnanovezels te beschadigen, waardoor de duurzaamheid van het proces wordt verbeterd.
Toekomst bouwen met CO₂
De wetenschappers benadrukken dat de lage temperatuur en de mogelijkheid tot recyclen gunstig zijn voor grootschalige toepassingen. Dit onderzoek opent de deur naar het decarboniseren van CO₂ en het produceren van waardevolle vaste koolstofproducten, terwijl tegelijkertijd hernieuwbare waterstof wordt geproduceerd. Het potentieel voor negatieve koolstofemissies biedt nieuwe mogelijkheden voor CO₂-mitigatie, vooral wanneer aangedreven door hernieuwbare energiebronnen.
