Ugljični dioksid najviše pridonosi klimatskim promjenama jer svake godine ispuštamo ~40 milijardi tona u atmosferu, pa je odvajanje CO2 iz zraka vrlo izazovno zbog njegove razrijeđene koncentracije (~0,04%).
Profesor Ian Metcalfe , predstojnik Kraljevske inžInjerske akademije za nove tehnologije na Tehničkom fakultetu, Univezitet Newcastle, Ujedinjeno Kraljevstvo, i glavni istraživač navodi: "Postupci razrijeđene separacije najzahtjevniji su za izvođenje separacija iz dva ključna razloga. Prvo, zbog niske koncentracije, kinetike (brzine) hemijskih reakcija usmjerenih na uklanjanje razrijeđene komponente. I kao drugo, koncentriranje razrijeđene komponente zahtijeva puno energije."
Ovo su dva izazova s kojima su se istraživači iz Newcastlea (s kolegama sa Univerziteta Victoria u Wellingtonu, Novi Zeland, Imperial Collegea London, UK, Univerziteta Oxford, UK, Univerziteta Strathclyde, UK i UCL, UK, odlučili pozabaviti svojom novom membranom.
Koristeći prirodne razlike u vlažnosti kao pokretačku snagu za ispumpavanje ugljičnog dioksida iz zraka, tim je prevladao energetski izazov. Prisutnost vode također je ubrzala transport ugljičnog dioksida kroz membranu, rješavajući kinetički izazov.
"U našem radu demonstriramo prvu sintetičku membranu sposobnu uhvatiti ugljični dioksid iz zraka i povećati njegovu koncentraciju bez tradicionalnog unosa energije poput topline ili pritiska. Mislim da bi korisna analogija mogla biti vodeni točak na mlinu za brašno. Dok mlin koristi nizbrdo transport vode za pokretanje mljevenja, mi ga koristimo za ispumpavanje ugljičnog dioksida iz zraka", rekao je dr. Greg A. Mutch.
Procesi razdvajanja podupiru većinu aspekata modernog života. Od hrane koju jedemo, do lijekova koje uzimamo i goriva ili baterija u našem automobilu, većina proizvoda koje koristimo prošla je kroz nekoliko procesa odvajanja. Štoviše, procesi odvajanja važni su za smanjenje otpada i potrebe za sanacijom okoliša, kao što je izravno hvatanje ugljičnog dioksida iz zraka.
Međutim, u svijetu koji se kreće prema kružnoj privredi, procesi razdvajanja postat će još kritičniji. Ovdje se izravno hvatanje zraka može koristiti za dobivanje ugljičnog dioksida kao sirovine za proizvodnju mnogih proizvoda ugljikovodika koje danas koristimo, ali u ugljično neutralnom ili čak ugljično negativnom ciklusu.
Tim je testirao novu membranu propusnu za ugljični dioksid s različitim vlažnostima. Kada je vlažnost bila veća na izlaznoj strani membrane, membrana je spontano pumpala ugljični dioksid u taj izlazni tok.
Koristeći rendgensku mikro-kompjutoriziranu tomografiju sa suradnicima s UCL-a i Univerziteta u Oxfordu, tim je uspio precizno okarakterizirati strukturu membrane. To im je omogućilo da pruže usporedbe performansi s drugim najsuvremenijim membranama.
Ključni aspekt rada bilo je modeliranje procesa koji se odvijaju u membrani na molekularnoj razini. Koristeći izračune teorije gustoće-funkcionalnosti, tim je identificirao 'nosače' unutar membrane. Nosač na jedinstven način prenosi i ugljikov dioksid i vodu, ali ništa drugo. Voda je potrebna za oslobađanje ugljičnog dioksida iz membrane, a ugljični dioksid je potreban za oslobađanje vode. Zbog toga se energija iz razlike u vlažnosti može koristiti za progon ugljičnog dioksida kroz membranu iz niske koncentracije u višu koncentraciju.
Istraživački rad je objavljen u časopisu Nature Energy.
