De strijd om de opwarming van de aarde te vertragen, was vooral gericht op het spenen van mensen weg van het verbranden van fossiele brandstoffen die koolstofdioxide uitstoten en bijdragen aan het broeikaseffect. Er is ook veel moeite gedaan om manieren te vinden om CO2 . af te vangen uit de lucht en zet het ergens waar het geen kwaad kan. Natuurlijk zou de perfecte oplossing zijn om beide dingen tegelijk te bereiken. Wat als u CO2 . zou kunnen nemen uit de atmosfeer en gebruiken als een schonere energiebron, waardoor er minder fossiele brandstof hoeft te worden verbrand?
Wetenschappers van de universiteiten Vanderbilt en George Washington hebben misschien een manier gevonden om dat te doen. In een artikel dat vandaag is gepubliceerd in het tijdschrift ACS Central Science van de American Chemical Society, beschrijven ze een proces om koolstof te extraheren uit atmosferisch CO2 , en gebruik het dan om koolstofnanobuisjes te maken. De nanobuisjes zouden dan worden gebruikt om de grafietelektroden in lithium-ionbatterijen voor elektrisch aangedreven auto's te vervangen.
In theorie zouden we niet alleen CO2-neutrale, maar ook CO2-negatieve, elektrische auto's kunnen maken die stroom opslaan en milieuschade uit het verleden tegengaan.
"Gezien hun betere prestaties, verwachte lage kosten en vermogen om een broeikasgas te verwijderen, is het waarschijnlijk dat auto's met koolstofnanobuisjes de norm zullen worden", zegt een van de wetenschappers, GWU-hoogleraar chemie Stuart Licht, via e-mail.
In een persbericht waarin de ontwikkeling wordt aangekondigd, zei Vanderbilt-assistent-professor werktuigbouwkunde Cary Pint:"Stel je een wereld voor waarin elk nieuw elektrisch voertuig of elke nieuwe batterij-installatie ons niet alleen in staat zou stellen de milieuzonden van ons verleden te overwinnen, maar ook een stap zetten naar een duurzame toekomst voor onze kinderen."
Hoe zou dit werken?
De nieuwe methode voor het maken van batterijen maakt gebruik van een proces dat is ontwikkeld door Licht en zijn GWU-collega's om koolstof op te vangen en te gebruiken om koolstofnanovezels te maken, die kunnen worden gebundeld om nanobuisjes te maken. Dat proces omvat het inzetten van geconcentreerde zonne-energie om een gesmolten bad van chemicaliën te creëren dat 1380 graden F (749 graden C) bereikt. Wanneer lucht aan de cel wordt toegevoegd, lost het koolstofdioxide op wanneer het wordt blootgesteld aan de hitte en gelijkstroom van nikkel- en staalelektroden.
Terwijl het gas afbreekt, kleven de koolstofmoleculen aan de elektroden en hopen zich op tot nanovezels. Nadat Licht en zijn team hun werk in 2015 publiceerden, beloofde het een potentiële game-changer te worden. Het bood niet alleen een methode om koolstofnanovezel te maken die goedkoper was dan eerdere methoden, maar het bood ook een manier om enorme hoeveelheden koolstofdioxide uit de atmosfeer te halen.
Toen die ontwikkeling vorig jaar werd aangekondigd, vertelde Licht aan HowStuffWorks dat hij van plan was een reeks gigantische C02 -naar nanovezelplanten ter grootte van steden in dunbevolkte plaatsen zoals de Australische Outback en de Sahara- en Mojave-woestijnen.
Omdat het zowel supersterk als lichtgewicht is, wordt koolstofnanovezel aangeprezen als het materiaal van de toekomst voor alles, van wolkenkrabberbalken tot vliegtuigrompen. Maar koolstofnanobuisjes die van dergelijke vezels zijn gemaakt, zijn ook behoorlijk goed voor het maken van batterijen, omdat ze door hun grote oppervlak meer lading kunnen opslaan dan andere vormen van koolstof. In 2010 creëerden onderzoekers van het Massachusetts Institute of Technology een experimentele batterij met koolstofnanobuisjes die een derde meer capaciteit hadden dan een conventionele lithium-ionbatterij, en 10 keer het uitgangsvermogen.
De onderzoekers van GW en Vanderbilt melden dat een lithium-ionbatterij met koolstofnanobuiselektroden ook iets beter presteert dan een conventionele lithium-ionbatterij, en dat de boost wordt versterkt wanneer de batterij snel wordt opgeladen.
Toen ze de nanobuisjes gebruikten om grafietelektroden te vervangen in een natrium-ionbatterij, een ander type opslag, kregen ze een nog grotere verbetering - ongeveer 3,5 keer de prestaties. Beide typen batterijen die zijn uitgerust met koolstofnanobuisjes hebben met succes 10 weken continu opladen en ontladen doorstaan zonder tekenen van vermoeidheid.
Praktische toepassingen voor vooruitgang
Volgens Licht zal het plaatsen van batterijen met koolstofnanobuisjes in auto's "broeikasgasvrije alternatieven bieden voor de huidige industriële en transportprocessen voor fossiele brandstoffen."
Gina Coplon-Newfield, directeur van het Electric Vehicles Initiative van de Sierra Club, zei dat hoewel ze de details van de doorbraak van Vanderbilt-GWU nog niet heeft gezien, "het echt intrigerend klinkt." "Over het algemeen zijn we erg bemoedigd door wat we tegenwoordig zien gebeuren in batterijtechnologie", zegt Coplon-Newfield. "Dat is zowel wat betreft de technologische vooruitgang als de dalende kosten."
Het proces om koolstofdioxide uit de lucht te gebruiken om batterijen te maken, zou niet alleen voor elektrische auto's hoeven te worden gebruikt. Het kan ook worden gebruikt om lithium-ionbatterijen voor elektronische apparaten te maken, en ook in veel grotere batterijen die kunnen worden gebruikt om elektriciteit op te slaan die wordt opgewekt door zonnepanelen en windturbines.
Het hebben van dat soort opslag is cruciaal voor het ontwikkelen van toekomstige "slimme" elektriciteitsnetten die afhankelijk zijn van kleinere, gedecentraliseerde bronnen van elektriciteit, in plaats van afhankelijk te zijn van enorme kolencentrales.
Dat is nu interessantHet gebruik van batterijen als opslagapparaat voor energie gaat honderden, zo niet duizenden jaren terug.
