Neue Direct-Air-Capture-Methode könnte die Welt dem Erreichen von CO2-neutralen Emissionen einen Schritt näher bringen

Ein Team innovativer Ingenieure der Rice University hat mit seiner neuesten Entwicklung einen wichtigen Meilenstein in der Kohlenstoffabscheidungsbranche erreicht

A team of innovative engineers from Rice University has achieved a major milestone in the carbon capture industry with their latest development that could revolutionize the market. The researchers successfully created an electrochemical reactor that can enhance carbon capture from the atmosphere with unmatched efficiency and no harmful byproducts. Here's how this new direct air capture method could make the world one step closer to achieving net-zero carbon emissions in the future.

Ein Team innovativer Ingenieure der Rice University hat mit seiner neuesten Entwicklung einen wichtigen Meilenstein in der Kohlenstoffabscheidungsbranche erreicht, der den Markt revolutionieren könnte. Den Forschern ist es gelungen, einen elektrochemischen Reaktor zu entwickeln, der die Kohlenstoffabscheidung aus der Atmosphäre mit beispielloser Effizienz und ohne schädliche Nebenprodukte verbessern kann. So könnte diese neue Methode der direkten Luftabscheidung die Welt dem Ziel, in Zukunft Netto-CO2-Emissionen von Null zu erreichen, einen Schritt näher bringen.

Emissions Reach New Heights Resulting in Climate Disasters

Emissionen erreichen neue Höhen und führen zu Klimakatastrophen

A report published in BioScience studying the current state of the climate found that the world is “on the brink of an irreversible climate disaster.” The same study showed that fossil fuel emissions have increased to an all-time high. This growth was highlighted by the fact that the 3 hottest days ever occurred in July of 2024. Additionally, the sea surface temperatures hit new records in 2024 in multiple regions.

Ein in BioScience veröffentlichter Bericht über den aktuellen Zustand des Klimas kam zu dem Schluss, dass die Welt „am Rande einer irreversiblen Klimakatastrophe“ stehe. Dieselbe Studie zeigte, dass die Emissionen fossiler Brennstoffe auf ein Allzeithoch gestiegen sind. Dieses Wachstum wurde durch die Tatsache unterstrichen, dass die drei heißesten Tage aller Zeiten im Juli 2024 stattfanden. Darüber hinaus erreichten die Meeresoberflächentemperaturen im Jahr 2024 in mehreren Regionen neue Rekorde.

All of this climate data points to the undeniable fact, that it's time for governments to take the initiative. Thankfully there are several approaches they have as options. Driving sustainability and renewability is at the core of this approach. From pushing for more EVs and alternative energy sources to taxing wasteful manufacturers, there are solutions worth following.

All diese Klimadaten weisen auf die unbestreitbare Tatsache hin, dass es an der Zeit ist, dass die Regierungen die Initiative ergreifen. Zum Glück gibt es mehrere Ansätze, die ihnen zur Auswahl stehen. Die Förderung von Nachhaltigkeit und Erneuerbarkeit steht im Mittelpunkt dieses Ansatzes. Von der Forderung nach mehr Elektrofahrzeugen und alternativen Energiequellen bis hin zur Besteuerung verschwenderischer Hersteller gibt es Lösungen, die es wert sind, befolgt zu werden.

Notably, there isn’t one option that can solve this problem. People will need to change their habits alongside technological advancements to achieve victory. One such tech, Carbon capture, usage, and storage (CCUS) is seen as one of the best ways to help achieve these goals.

Insbesondere gibt es keine einzige Option, die dieses Problem lösen kann. Um den Sieg zu erringen, müssen die Menschen neben dem technologischen Fortschritt auch ihre Gewohnheiten ändern. Eine dieser Technologien, CO2-Abscheidung, -Nutzung und -Speicherung (CCUS), gilt als eine der besten Möglichkeiten, diese Ziele zu erreichen.

Direct Air Capture – Current Methods

Direct Air Capture – Aktuelle Methoden

Reducing carbon emissions is a priority for environmentalists globally. Notably, direct air capture is the most popular method of removing CO2 from the atmosphere. There are several ways that this process can be initiated. However, they all require the use of dangerous chemicals that leave byproducts, or an intense amount of energy is required to complete the extraction process.

Die Reduzierung der Kohlenstoffemissionen hat für Umweltschützer weltweit Priorität. Insbesondere ist die direkte Luftabscheidung die beliebteste Methode zur Entfernung von CO2 aus der Atmosphäre. Es gibt mehrere Möglichkeiten, diesen Prozess einzuleiten. Sie alle erfordern jedoch den Einsatz gefährlicher Chemikalien, die Nebenprodukte hinterlassen, oder es ist eine enorme Energiemenge erforderlich, um den Extraktionsprozess abzuschließen.

The most popular methods use chemicals to bond carbon and oxygen atoms in the gas molecules to other compounds in purpose-selected liquids. The CO2 is introduced via a mixed gas stream of varying degrees and strengths to trap the dioxide molecules in the liquid. Once contained in the solutions, the CO2 extraction process begins.

Die gängigsten Methoden nutzen Chemikalien, um Kohlenstoff- und Sauerstoffatome in den Gasmolekülen an andere Verbindungen in speziell ausgewählten Flüssigkeiten zu binden. Das CO2 wird über einen gemischten Gasstrom unterschiedlicher Stärke und Stärke eingeleitet, um die Dioxidmoleküle in der Flüssigkeit einzufangen. Sobald es in den Lösungen enthalten ist, beginnt der CO2-Extraktionsprozess.

The extraction process is the most energy-intensive part of the procedure. Depending on the gas options it can require multiple steps and highly specialized locations. The most common methods of extracting CO2 from the solvents involve heat, chemical reactions, or electrochemical processes. Additionally, the type of solvent used dictates the intensity and effectiveness of this approach.

Der Extraktionsprozess ist der energieintensivste Teil des Verfahrens. Abhängig von den Gasoptionen können mehrere Schritte und hochspezialisierte Standorte erforderlich sein. Die gebräuchlichsten Methoden zur Extraktion von CO2 aus den Lösungsmitteln umfassen Hitze, chemische Reaktionen oder elektrochemische Prozesse. Darüber hinaus bestimmt die Art des verwendeten Lösungsmittels die Intensität und Wirksamkeit dieses Ansatzes.

Amine-based Sorbents

Sorptionsmittel auf Aminbasis

The most popular solution used for carbon capture is Amine-based sorbets. This solution is effective at trapping CO2 without using a lot of energy. However, the solution is unstable and toxic, resulting in additional risk and storage costs following the process.

Die beliebteste Lösung zur Kohlenstoffabscheidung sind Sorbets auf Aminbasis. Diese Lösung fängt CO2 effektiv ein, ohne viel Energie zu verbrauchen. Allerdings ist die Lösung instabil und giftig, was nach dem Prozess zu zusätzlichen Risiken und Lagerkosten führt.

Sodium and Potassium Hydroxide

Natrium- und Kaliumhydroxid

Scientists have also introduced a less toxic approach that utilizes Sodium or potassium hydroxides as the trapping solvent. This strategy provides solid bonds between the CO2 and solvent atoms. The problem is that the bonds are so strong they require an enormous amount of heat to break, releasing the carbon. As such, this method is expensive and requires a lot of specialty equipment.

Wissenschaftler haben auch einen weniger toxischen Ansatz eingeführt, bei dem Natrium- oder Kaliumhydroxide als Einfanglösungsmittel verwendet werden. Diese Strategie sorgt für feste Bindungen zwischen den CO2- und Lösungsmittelatomen. Das Problem besteht darin, dass die Bindungen so stark sind, dass eine enorme Wärmemenge erforderlich ist, um sie aufzubrechen und den Kohlenstoff freizusetzen. Daher ist diese Methode teuer und erfordert viel Spezialausrüstung.

Direct Air Capture PSE Reactor Study

Studie zum Direct Air Capture PSE-Reaktor

Recognizing the limitations of these technologies and the clear demand for a more sustainable and easier-to-integrate solution. RICE University engineers went to work creating the first room temperature direct air capture device. The team published their findings in Nature Energy.

Wir erkennen die Grenzen dieser Technologien und den klaren Bedarf an einer nachhaltigeren und einfacher zu integrierenden Lösung. Ingenieure der RICE-Universität machten sich an die Arbeit, das erste Gerät zur direkten Lufterfassung bei Raumtemperatur zu entwickeln. Das Team veröffentlichte seine Ergebnisse in Nature Energy.

Source – RICE University

Quelle – RICE-Universität

The report introduces the PSE (Porous Solid Electrolyte) reactor. This electrochemical regeneration device relies on electrical energy to separate carbon from the air rather than heat or other more expensive methods. The reactor described integrates a porous solid electrolyte layer, enabling researchers to optimize electrical inputs. These inputs dictate ion movement and mass transfer, ushering CO2 molecules away using current rather than chemicals.

Der Bericht stellt den PSE-Reaktor (Porous Solid Electrolyte) vor. Dieses elektrochemische Regenerationsgerät nutzt elektrische Energie, um Kohlenstoff aus der Luft zu trennen, und nicht Wärme oder andere teurere Methoden. Der beschriebene Reaktor integriert eine poröse Festelektrolytschicht, die es Forschern ermöglicht, die elektrischen Eingänge zu optimieren. Diese Eingaben bestimmen die Ionenbewegung und den Massentransfer und befördern CO2-Moleküle mithilfe von Strom statt mit Chemikalien.

Direct Air Capture PSE Reactor Test Results

Testergebnisse des Direct Air Capture PSE-Reaktors

The reactor successfully proved it could remove CO2 without the need for heat. Its modular three-chambered structure allows the reactor to separate alkaline absorbent in one and high-purity carbon dioxide in the other. The team found that the reactor could selectively split NaHCO3/Na2CO3 solutions with 90% capture capacity. Impressively, the reactor only required a tiny amount of energy and proved to be resilient across different mixtures.

Der Reaktor hat erfolgreich bewiesen, dass er CO2 entfernen kann, ohne dass Wärme erforderlich ist. Seine modulare Dreikammerstruktur ermöglicht es dem Reaktor, alkalisches Absorptionsmittel in einer und hochreines Kohlendioxid in der anderen zu trennen. Das Team stellte fest, dass der Reaktor NaHCO3/Na2CO3-Lösungen mit einer Abscheidungskapazität von 90 % selektiv spalten konnte. Beeindruckend war, dass der Reaktor nur eine geringe Energiemenge benötigte und sich bei unterschiedlichen Mischungen als widerstandsfähig erwies.

Hydrogen Generation

Wasserstofferzeugung

The report also found that the process can be used to cogenerate hydrogen. Hydrogen fuel is already in use to power a variety of items, heat homes, and much more. Hydrogen fuel cells can cleanly and efficiently produce electricity. It makes sense to add them to the team's overall goal of driving sustainability to new heights.

Der Bericht ergab auch, dass das Verfahren zur Kraft-Wärme-Kopplung von Wasserstoff genutzt werden kann. Wasserstoff wird bereits zum Antrieb einer Vielzahl von Geräten, zum Heizen von Häusern und vielem mehr verwendet. Wasserstoff-Brennstoffzellen können sauber und effizient Strom erzeugen. Es ist sinnvoll, sie in das Gesamtziel des Teams einzubeziehen, die Nachhaltigkeit auf ein neues Niveau zu heben.

Benefits the Direct Air Capture PSE Reactor Brings to the Market

Vorteile, die der Direct Air Capture PSE-Reaktor auf den Markt bringt

This research brings a lot of benefits to the table. For one, the entire project relies on already available and tested technologies. This strategy makes the venture more practical. It’s easier to integrate, train new users, and innovate the process, as products like

Diese Forschung bringt viele Vorteile mit sich. Zum einen setzt das gesamte Projekt auf bereits verfügbare und erprobte Technologien. Diese Strategie macht das Vorhaben praktischer. Es ist einfacher, Produkte zu integrieren, neue Benutzer zu schulen und den Prozess zu erneuern