Strom aus Kohlendioxid – CleanTechnica

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Als ich zum ersten Mal von der Arbeit des Forschungsteams der University of Queensland las, das behauptet, Strom aus CO2 zu erzeugen, dachte ich zunächst, dass dies eine Mischung aus einer durch fossile Brennstoffe finanzierten Schlägerei und einem Märchen sei. Aber wenn man genauer hinschaut und mit Dr. Zhuyuan Wang vom ARC GETCO2-Zentrum der UQ spricht, scheint es, dass es sich um eine wissenschaftlich fundierte Idee handelt, die vielversprechend für eine bessere Zukunft ist. Sie können die Pressemitteilung lesen Hier und schauen Sie sich ein kurzes Video an Hier.

Diejenigen, die technisch fähiger sind als ich, können den vollständigen Artikel hier lesen Natur.

Es stimmt also: „Forscher der University of Queensland haben einen Generator gebaut, der Kohlendioxid (CO2) absorbiert, um Strom zu erzeugen.“ Es sieht zu schön aus, um wahr zu sein, aber Energie wird von CO2 transportiert, dann verschwendet und als Wärme freigesetzt. Das UQ-Forschungsteam arbeitet daran, einen kleinen Teil dieser Energie in Strom umzuwandeln. Dr. Wang erzählt mir, dass für die Stromerzeugung in ihrem aktuellen Prototyp keine externe Energie erforderlich ist. Es ist spontan. Er fügt hinzu, dass sie möglicherweise eine Gaspumpe benötigen, um die Reaktion auszulösen, wenn sie in größerem Maßstab arbeiten.

Im aktuellen Experimentierprozess wird CO2 aus einer Gasflasche verwendet, aber Dr. Wang sieht eine Zukunft, in der CO2 aus der Luft aufgefangen und verwendet werden könnte. In diesem Szenario könnte der Generator in einer CO2-intensiven Umgebung wie einer Fabrik installiert werden. „Vielleicht sogar in einem Kohlekraftwerk installiert, vorausgesetzt, sie werden noch existieren, wenn die Technologie skalierbar wird“, unterbrach ich. Dr. Wang schlug vor, seinen Generator neben einer Anlage zur Kohlenstoffabscheidung und -speicherung (CCS) zu installieren, um die mit CCS verbundenen Kosten zu senken.

Dr. Wang versichert mir, dass die Forschung nicht von Lobbygruppen für fossile Brennstoffe finanziert wird. Die Finanzierung kommt von der University of Queensland, der Monash University und dem Australian Research Council.

Obwohl der Prototyp des Nanogenerators nur 1 % der verfügbaren Energie aus CO2 gewinnt, arbeitet das Team an der Möglichkeit, die Leistung auf 10–20 % zu steigern. Bei diesem Effizienzniveau glaubt Dr. Wang, dass diese Technologie mit Windkraftanlagen und Solarmodulen konkurrenzfähig sein wird. Der nächste Schritt, sagt er mir, bestehe darin, 5–10 % zu erreichen. Ich drängte ihn auf einen möglichen Zeitplan, aber er antwortete: „Es ist schwer vorherzusagen, wann das passieren wird.“ Das Team arbeitet an einer Leistungssteigerung um das Zehnfache.“

Dr. Zhuyuan Wang, der am Dow Center for Sustainable Engineering Innovation arbeitet, begrüßt den Durchbruch und sagt, dass der kleine Nanogenerator, der sich als Proof-of-Concept eignet, kohlenstoffnegativ ist. Ich werde ihn mit seinen eigenen Worten erklären lassen, denn wenn es um Wissenschaft geht, bin ich ein Bär mit kleinem Gehirn.

„Dieser Nanogenerator besteht aus zwei Komponenten: einem Polyamin-Gel, das bereits in der Industrie zur CO2-Absorption eingesetzt wird, und einem wenige Atome dicken Skelett aus Bornitrat, das positive und negative Ionen erzeugt. Wir haben herausgefunden, wie wir die positiven Ionen viel größer machen können als die negativen. Da sich die verschiedenen Größen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten bewegen, erzeugen sie einen Diffusionsstrom, der in Elektrizität umgewandelt werden kann, um Glühbirnen oder andere elektronische Geräte anzutreiben.“

In unserem Interview habe ich dies hinterfragt und um weitere Erklärungen gebeten. Er erzählte mir, dass die positiven Ionen auf einem größeren Teilchen verankert seien, während das negative Ion frei sei. Wenn sie sich also bewegen, kann sich das negative Ion frei bewegen, während die positiven Ionen fixiert sind. Es entsteht ein Strom.

„In der Natur und im menschlichen Körper ist der Ionentransport die effizienteste Energieumwandlung – effizienter als der Elektronentransport, der im Stromnetz genutzt wird.“ Die beiden Komponenten wurden in ein Hydrogel eingebettet, das zu 90 % aus Wasser besteht, in 4-Zentimeter-Scheiben und kleine Rechtecke geschnitten und dann in einer verschlossenen, mit CO2 gefüllten Box getestet.

„Als wir elektrische Signale sahen, war ich sehr aufgeregt, machte mir aber auch Sorgen, dass ich einen Fehler gemacht hatte“, sagte Dr. Wang. „Ich habe alles noch einmal überprüft und festgestellt, dass es ordnungsgemäß funktioniert hat. Deshalb begann ich davon zu träumen, die Welt mithilfe dieser Technologie zu verändern. Diese Technologie geht über die CO2-Neutralität hinaus – sie verbraucht CO2, wenn sie Energie erzeugt.“

Professor Xiwang Zhang, Direktor des Dow Centre, sagte, das Team prüfe mögliche zukünftige Anwendungen des Nanogenerators. „Wir könnten ein etwas größeres tragbares Gerät herstellen, das mithilfe von CO2 aus der Atmosphäre Strom für ein Mobiltelefon oder einen Laptop erzeugt. Eine zweite Anwendung in viel größerem Maßstab würde diese Technologie mit einem industriellen CO2-Abscheidungsprozess zur Stromgewinnung integrieren.“ Das ARC Centre of Excellence for Green Electrochemical Transformation of Carbon Dioxide wird die Entwicklung des Nanogenerators fortsetzen.

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„Wir wollen den Wert eines problematischen Treibhausgases erkennen und die Wahrnehmung von CO2 ändern“, sagte Professor Zhang. Ich hoffe, nicht nur Wahrnehmung, sondern auch Nutzung! Diejenigen, die an der Glaubwürdigkeit dieser Forscher zweifeln, können ihre UQ-Profile lesen:

Dr. Zhuyuan Wang ist Postdoc-Forschungsbeauftragter am UQ Dow Center der School of Chemical Engineering. Er ist ein aktiver Spitzenforscher auf dem Gebiet der Membrantrennung mit über 6 Jahren Erfahrung. Er arbeitete bei einem börsennotierten Membranhersteller in China (2016–2019) und konzentrierte sich auf die Entwicklung von Polyamid-Dünnschichtverbundwerkstoffen (PA-TFC) für die Wasseraufbereitung. Anschließend begann er seine Doktorarbeit. Forschung an der Monash University (2019–2023, Monash) unter der Leitung von Prof. Xiwang Zhang und Prof. Huanting Wang.

Zhuyuan ist derzeit an der Entwicklung von Ionenaustauschmembranen, insbesondere Protonenaustauschmembranen, und an deren Anwendung in Elektrolyseuren für die Produktion von grünem Wasserstoff und der elektrochemischen CO2-Reduktion interessiert.

Prof. Xiwang Zhang ist der Dow-Stiftungslehrstuhl für nachhaltige technische Innovation an der University of Queensland, Direktor des UQ Dow Centre und Direktor des ARC Centre of Excellence for Electrochemical Transformation of Carbon Dioxide (GetCO2). Er war Gründungsdirektor des ARC Industry Transformation Research Hub for Energy-efficient Separation (EESep) und stellvertretender Direktor des Monash Center for Membrane Innovation (MCMI) an der Monash University, bevor er 2022 an die UQ wechselte. Prof. Zhang hat mehr als 15 Jahre Erfahrung in Forschung und Entwicklung sowohl in der Wissenschaft als auch in der Industrie, mit nachgewiesenen Erfolgen in der Technologieentwicklung und -übersetzung. Seine Forschung konzentriert sich auf Membran- und fortschrittliche Oxidationstechnologien für energieeffiziente Trennung, Wasser- und Abwasseraufbereitung, Ressourcenrückgewinnung, grüne chemische Synthese und erneuerbare Energieerzeugung. Prof. Zhang war Empfänger des renommierten ARC Australian Research Fellowship, Future Fellowship und Monash Larkins Fellowship.

Ich beendete mein Interview mit Dr. Wang mit der Frage, was den Lesern seiner Meinung nach am wichtigsten sei CleanTechnica wissen. „Unser ARC GETCO2-Zentrum wird sich weiterhin der Umwandlung von CO2-Abfällen in wertvolle Ressourcen für die Zukunft widmen.“ „Ein bisschen wie Pferdemist um die Jahrhundertwende“, witzelte ich. In den Städten ist es ein Schadstoff, aber auf dem Bauernhof wächst dadurch alles viel besser. Er hat zugestimmt.