นักวิจัยได้พัฒนาอุปกรณ์ราคาถูกที่สามารถเลือกดักจับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในขณะที่ชาร์จ จากนั้นเมื่อปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ออกมา ก็สามารถปล่อย CO2 ด้วยวิธีควบคุมและรวบรวมเพื่อนำกลับมาใช้ใหม่หรือกำจัดด้วยความรับผิดชอบ
อุปกรณ์ซุปเปอร์คาปาซิเตอร์ ซึ่งคล้ายกับแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้ มีขนาดเท่ากับเหรียญเพนนี และผลิตขึ้นบางส่วนจากวัสดุที่ยั่งยืน ซึ่งรวมถึงกะลามะพร้าวและน้ำทะเล
ออกแบบโดยนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ ซุปเปอร์คาปาซิเตอร์สามารถช่วยเทคโนโลยีการดักจับและกักเก็บคาร์บอนด้วยต้นทุนที่ต่ำกว่ามาก CO2 ประมาณ 35 พันล้านตันถูกปล่อยสู่ชั้นบรรยากาศต่อปี และจำเป็นต้องมีการแก้ปัญหาอย่างเร่งด่วนเพื่อกำจัดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกเหล่านี้และจัดการกับวิกฤตสภาพภูมิอากาศ เทคโนโลยีการดักจับคาร์บอนที่ล้ำหน้าที่สุดในปัจจุบันต้องการพลังงานจำนวนมากและมีราคาแพง
supercapacitor ประกอบด้วยอิเล็กโทรดสองขั้วที่มีประจุบวกและลบ ในการทำงานที่นำโดย Trevor Binford ในขณะที่สำเร็จการศึกษาระดับปริญญาโทที่ Cambridge ทีมงานได้พยายามสลับจากแรงดันลบเป็นแรงดันบวกเพื่อยืดเวลาในการชาร์จจากการทดลองครั้งก่อน สิ่งนี้ช่วยปรับปรุงความสามารถในการดักจับคาร์บอนของ supercapacitor
ดร.อเล็กซานเดอร์ ฟอร์ ส จาก Yusuf Hamied Department of Chemistry แห่งเคมบริดจ์กล่าวว่า “เราพบว่าโดยการสลับกระแสอย่างช้าๆ ระหว่างแผ่นเปลือกโลก เราสามารถดักจับคาร์บอนไดออกไซด์ได้เป็นสองเท่าจากเมื่อก่อน”
“กระบวนการชาร์จ-คายประจุของ supercapacitor ของเราอาจใช้พลังงานน้อยกว่ากระบวนการให้ความร้อนแบบเอมีนที่ใช้ในอุตสาหกรรมในตอนนี้” Forse กล่าว “คำถามต่อไปของเราจะเกี่ยวข้องกับการตรวจสอบกลไกที่แม่นยำของการดักจับ CO2 และปรับปรุงพวกมัน แล้วมันจะเป็นคำถามของการปรับขนาดขึ้น”
รายงาน ผลการวิจัยใน วารสาร Nanoscale
supercapacitor คล้ายกับแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้ แต่ความแตกต่างที่สำคัญคือวิธีที่อุปกรณ์ทั้งสองเก็บประจุ แบตเตอรี่ใช้ปฏิกิริยาเคมีในการจัดเก็บและปล่อยประจุ ในขณะที่ซุปเปอร์คาปาซิเตอร์ไม่ต้องอาศัยปฏิกิริยาเคมี แต่อาศัยการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนระหว่างอิเล็กโทรด ดังนั้นจึงใช้เวลาในการย่อยสลายนานขึ้นและมีอายุการใช้งานยาวนานขึ้น
“ข้อเสียคือตัวเก็บประจุยิ่งยวดไม่สามารถเก็บประจุได้มากเท่ากับแบตเตอรี่ แต่สำหรับบางอย่างเช่นการดักจับคาร์บอนเราจะจัดลำดับความสำคัญของความทนทาน” ผู้เขียนร่วม Grace Mapstone กล่าว “ส่วนที่ดีที่สุดคือวัสดุที่ใช้ทำซุปเปอร์คาปาซิเตอร์นั้นมีราคาถูกและมีมากมาย อิเล็กโทรดทำมาจากคาร์บอนซึ่งมาจากกะลามะพร้าวเหลือใช้
“เราต้องการใช้วัสดุที่เฉื่อย ไม่เป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อม และเราต้องกำจัดทิ้งให้น้อยลง ตัวอย่างเช่น CO2 ละลายเป็นอิเล็กโทรไลต์ที่ใช้น้ำซึ่งโดยทั่วไปคือน้ำทะเล”
อย่างไรก็ตาม ตัวเก็บประจุยิ่งยวดนี้ไม่ดูดซับ CO2 ตามธรรมชาติ: จะต้องชาร์จเพื่อดึง CO2 เมื่ออิเล็กโทรดมีประจุ แผ่นขั้วลบจะดึงก๊าซ CO2 โดยไม่สนใจการปล่อยอื่นๆ เช่น ออกซิเจน ไนโตรเจน และน้ำ ซึ่งไม่ส่งผลต่อการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ ด้วยวิธีนี้ ซุปเปอร์คาปาซิเตอร์จะจับคาร์บอนและกักเก็บพลังงาน
ผู้เขียนร่วม Dr Israel Temprano สนับสนุนโครงการนี้โดยการพัฒนาเทคนิคการวิเคราะห์ก๊าซสำหรับอุปกรณ์ เทคนิคนี้ใช้เซ็นเซอร์ความดันที่ตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงการดูดซับก๊าซในอุปกรณ์ไฟฟ้าเคมี ผลลัพธ์จากการมีส่วนร่วมของ Temprano ช่วยลดกลไกที่แม่นยำในการเล่นภายใน supercapacitor เมื่อ CO2 ถูกดูดซับและปล่อย การทำความเข้าใจกลไกเหล่านี้ ความสูญเสียที่อาจเกิดขึ้น และเส้นทางการย่อยสลายนั้นมีความสำคัญทั้งหมดก่อนจะขยายขนาด supercapacitor ได้
“การวิจัยในสาขานี้ใหม่มาก กลไกการทำงานที่แม่นยำภายใน supercapacitor ยังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัด” Temprano กล่าว
การวิจัยได้รับทุนจาก Future Leaders Fellowship ให้กับ Dr Forse ซึ่งเป็นโครงการวิจัยและนวัตกรรมของสหราชอาณาจักรที่พัฒนาคลื่นลูกต่อไปของการวิจัยและนวัตกรรมระดับโลก
ข้อมูลอ้างอิง:
Trevor B. Binford, Grace Mapstone, Israel Temprano และ Alexander C. Forse ‘ การเพิ่มความจุของการจับ CO2 การดูดซับการแกว่ง supercapacitive โดยการปรับโปรโตคอลการชาร์จ . ระดับนาโน (2022) ดอย: 10.1039/D2NR00748G
