Optimierung der CO2-Adsorption/Desorption durch die Kopplung von Imidazol und Kohlenstoffnanoröhren für die spontane CO2-Aufnahme aus der Umgebungsluft und solarbetriebene Freisetzung

Zusammenfassung Die direkte Luftabscheidung (DAC) ist eine nachhaltige Technologie zur Minderung des Treibhauseffekts und ein zuverlässiger Weg, unerschöpfliches CO2 für die Produktion kostspieliger Chemikalien und Energieprodukte zu gewinnen. Aktuelle DAC-Technologien mit aminbezogenen Sorbentien basieren auf Chemisorption und verbrauchen intensive Energie für die CO2-Freisetzung und die Regeneration des Sorbents durch Erwärmung. Die Entwicklung neuer DAC-Prozesse mit schwacher, reversibler Adsorption kann die Regenerationsenergien erheblich reduzieren. Hier wird das Design von CO2-Atmungspapier (CBP) vorgestellt, das auf spontane CO2-Extraktion aus der Umgebungsluft und solarbetriebene Regeneration abzielt. Das CBP wird hergestellt, indem 2-Ethyl-4-methylimidazol mit Kohlenstoffnanoröhrenpapier auf der Basis von Berechnungen der Dichtefunktionaltheorie gekoppelt wird. Unter Umgebungbedingungen erfasst das CBP spontan atmosphärisches CO2 mit einer Kapazität von 0,14–1,75 mmol g–1 bei 0–35 °C durch nicht-kovalente elektrostatistische Wechselwirkung. Bei Sonneneinstrahlung kann sämtliches adsorbiertes CO2 freigesetzt und in konzentriertes Gas für die Speicherung umgewandelt werden. Attraktiverweise ist die Effizienz der solarbetriebenen CO2-Freisetzung viel höher als die traditionelle Temperaturwechselmethode aufgrund der IR-Empfindlichkeit von CO2. Neben der Reversibilität gewährleisten die milden Bedingungen auch die Haltbarkeit des CBP. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass das CBP ein vielversprechender Kandidat für kosteneffektive DAC ist.