Mullistava tekniikka melkein nollaa hiilidioksidipäästöt

Hyvä ilmastouutinen: insinööriryhmä on kehittänyt vedyllä toimivan sähkökemiallisen järjestelmän, joka minimoi liikenteen, asumisen ja teollisuuden hiilidioksidipäästöt.

Hyvä ilmastouutinen: insinööriryhmä on kehittänyt vedyllä toimivan sähkökemiallisen järjestelmän, joka minimoi liikenteen, asumisen ja teollisuuden hiilidioksidipäästöt.

Shutterstock

Yhdysvaltalaisen Delawaren yliopiston insinööriryhmä on esitellyt keinon poistaa hiilidioksidia ilmasta.

Tutkija Yushan Yanin johdolla on kehitetty uusi vedyllä toimiva sähkökemiallinen järjestelmä, jolla ilman sisältämästä hiilidioksidista voidaan hävittää jopa 99 prosenttia.

Kyse on edullisesta suodattimesta, jonka valmistus on jo alkanut. Se sopii käytettäväksi esimerkiksi lentokoneissa, tehtaissa, lämpövoimalaitoksissa, sukellusveneissä ja avaruusaluksissa.

Keksinnön esitellyt Yushan Yan myös opettaa Delawaren yliopistossa.

Hiilidioksidipäästöistä siepataan helposti 99 prosenttia. Parempaankin tulokseen voidaan päästä. Yushan Yan, Delawaren yliopisto

”Paras tapa kuvata uutta tekniikkaa on verrata sitä kaksilokeroiseen laatikkoon”, selittää Yushan Yan Tieteen Kuvalehdelle ja jatkaa:

”Toiseen lokeroon tulee hiilidioksidipitoista ilmaa, kun taas toinen lokero täyttyy vedyllä. Vety vetää hiilidioksidia puoleensa väliseinän läpi, ja toinen lokero tyhjenee hiilidioksista.”

Sattuman satoa

Mullistava hiilidioksidisuodatin on onnellisen sattuman tulos. Se syntyi laajemmassa tutkimushankkeessa sivutuotteena.

Viimeisten 15 vuoden ajan Yushan Yan on tutkinut ensisijaisesti hydroksidin vaihtokalvoa käyttävää polttokennoa (HEM, hydroxide exchange membrane). Polttokennoilla uskotaan olevan menestystä tulevaisuudessa, sillä ne muuttavat polttoainetta ja happea suoraan sähköksi esimerkiksi ajoneuvoissa.

HEM-polttokennoilla on yksi suuri puute. Ne ovat erittäin herkkiä ilman hiilidioksidille, ja siksi niihin ei saa päästä ilmaa. Yksinkertaisesti ilmaistuna polttokenno ei toimi enää niin kuin sen pitäisi ja sen hyötysuhde laskee polttomoottorin tasolle.

Delawaren yliopistossa alettiin etsiä ratkaisua hiilidioksidiongelmaan.

”Olen paininut tämän ongelman kimpussa niin kauan kuin olen tutkinut polttokennoja”, kertoo Yushan Yan ja jatkaa:

”Yhtäkkiä meille välähti, kuinka toisella polttokennolla olisi mahdollista siepata hiilidioksidi toisesta polttokennosta. Oli kuitenkin selvää, että hiilidioksidin sieppaaminen polttokennosta toisella polttokennolla olisi hyvin kallis ratkaisu. Tulimme siihen tulokseen, että toisen polttokennon tehtävä oli käytännössä kerääminen, ja totesimme, että tällainen polttokenno keräisi hyvin tehokkaasti hiilidioksidia ilmasta.”

Malli (vas.) havainnollistaa, kuinka vety ja ilma tulevat eri kautta suodattimeen ja hiilidioksidi ja ilma, josta hiilidioksidi on poistettu, poistuvat siitä. Lähikuvassa (oik.) näkyy molekyylien liike suodattimessa.

© Jeffrey C. Chase / University of Delaware

Kalvo päästää hiilidioksidin läpi

Ensin ongelmana pidetty asia osoittautui ratkaisuksi, jolla on mahdollista kerätä tehokkaasti hiilidioksidia.

Vaikka hiilidioksidi haittaa toimintaa, polttokenno on hyvä lähtökohta itse itsensä puhdistavalle järjestelmälle, joka erottaa hiilidioksidin ilmasta edullisesti ja ympäristöystävällisesti.

Virran sisällyttämiseksi erillisen kalvon sähkökemialliseen tekniikkaan vaati yksikön kytkemistä oikosulkuun, mitä yritetään yleensä välttää.

Kun toiseen lokeroon johdetaan vetyä, oikosulkua voidaan hallita eikä tarvita sellaisia osia kuin johtoja ja kaksinapaisia levyjä.

Tällä tavalla tutkimusryhmä avasi hiilidioksidille kulkuväylän lokerosta toiseen. Yushan Yanin mukaan keksintö on kaiken perusta.

Sen ansiosta, että sähkökemiallisessa järjestelmässä on vähän osia, siitä voidaan tehdä hyvin kompakti. Itse asiassa se muistuttaa tavallista kalvoa, joka on muotoiltu ruuvimaiseksi moduuliksi. Lopputulos näyttää lähinnä putkelta, joka sisältää useita suodattimia.

Hyvä ilmastouutinen!

Yushan Yanin mukaan uutta hiilidioksidisuodatinta voidaan käyttää ainakin kahdella eri tavalla. Se sopii hyvin pieniin sisätiloihin, joissa ilman hiilidioksidipitoisuus voi nousta liikaa, kun ihmisiä on paljon.

Siten mahdollisia käyttökohteita ovat tiiviiden, ilmanvaihdoltaan puutteellisten rakennusten lisäksi vaikkapa avaruusalukset ja sukellusveneet, joihin ihmiset tuottavat hengityksellään hiilidioksidia.

Yushan Yan pitää mahdollisena myös hiilidioksidin poistamista ulkona:

”Tekniikka soveltuu käytettäväksi kaikkialla, missä esiintyy hiilidioksidipitoista kaasuseosta. Menetelmä poistaa hiilidioksidia siitä hyvin tehokkaasti. Hiilidioksidipäästöistä on helppo poistaa 99 prosenttia, ja parempaankin tulokseen voidaan päästä. Olemme toisin sanoen luoneet hiilineutraalin tekniikan, jolla voi olla suuri merkitys ilmastonmuutoksen hillitsemiselle.”

Yushan Yanin mukaan sähkökemiallisella järjestelmällä voidaan puhdistaa kaupunki-ilmaa ja pienentää merkittävästi esimerkiksi tehtaiden hiilidioksidipäästöjä.

Lentoliikenne tuottaa ilmakehään paljon hiilidioksidia. Yushan Yan uskoo, että uusi suodatin voi auttaa leikkaamaan koneiden päästöjä.

Polttomoottoriautot ovat Yushan Yanin mukaan ongelmallisia, sillä kalvosuodatinta on vaikea sovittaa niiden nykyisenlaiseen pakoputkistoon.

Tulevaisuudessa autojen hiilidioksidipäästöt pienevät joka tapauksessa, koska sähkö- ja polttokennoautot yleistyvät.

Tuotanto on jo käynnissä

Yhdysvaltojen energiaministeriö on tukenut Delawaren yliopiston tutkimusryhmää taloudellisesti viimeiset kolme vuotta. Rahoituksen ansiosta on voitu valmistaa varastoon koekäyttöön tarkoitettuja suodattimia.

Yushan Yanin mukaan viidessä vuodessa syntyy suodatin, jolla voidaan siepata ilmasta tonneittain hiilidioksidia.

Tieteen Kuvalehden kysymykseen, toimiiko uusi keksintö toisenlaisten – esimerkiksi Siperiassa ikiroudan sulaessa vapautuvan metaanin talteenottoon sopivien – suodattimien kasvualustana, Yushan Yan antoi tylyn vastauksen:

”Ikävä sanoa, mutta tällä keinolla ei valitettavasti voida ottaa metaania ilmasta. Metaania voidaan toki polttaa. Palamisessa syntyvä hiilidioksidi on poistettavissa ilmasta minun tekniikallani!”