Innovative Methode zur CO2-Fixierung und -Speicherung

Wissenschaftliche Berichte Band 12, Artikelnummer: 1694 (2022) Diesen Artikel zitieren

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Die CO2-Konzentration in der Erdatmosphäre hat seit der industriellen Revolution allmählich zugenommen, vor allem aufgrund der Nutzung fossiler Brennstoffe als Energiequellen. Obwohl Kohle und Öl für die Entwicklung der modernen Zivilisation von entscheidender Bedeutung waren, ist es mittlerweile anerkannt, dass der CO2-Gehalt in der Atmosphäre gesenkt werden muss, um die schwerwiegenden Auswirkungen des Klimawandels, einschließlich Naturkatastrophen, zu verhindern. Daher besteht derzeit großes Interesse an der Entwicklung geeigneter Methoden zur Fixierung von CO2 in der Luft und in Abgasen. Die vorliegende Arbeit zeigt einen einfachen, aber innovativen Ansatz zur chemischen Fixierung extrem niedriger und sehr hoher CO2-Konzentrationen in der Luft, wie sie beispielsweise aus industriellen Quellen stammen können. Dieses Verfahren basiert auf der Verwendung wässriger Lösungen der wasserlöslichen Verbindungen NaOH und CaCl2, die mit CO2 über Zwischenprodukte wie NaHCO3 und Na2CO3 zu den harmlosen Feststoffen CaCO3 (Kalkstein) und NaCl (Salz) reagieren. Das dabei entstehende NaCl kann durch Elektrolyse wieder in NaOH umgewandelt werden, wobei gleichzeitig H2 (das als saubere Energiequelle genutzt werden kann) und Cl2 entstehen. Darüber hinaus enthält Meerwasser sowohl NaCl als auch CaCl2 und könnte daher eine gute Versorgung mit diesen beiden Verbindungen bieten. Dieses System bietet einen sicheren und kostengünstigen Ansatz zur gleichzeitigen CO2-Fixierung und -Speicherung.

Obwohl die Erde im Laufe der Zeit viele Perioden erheblicher Umweltveränderungen durchgemacht hat, war die Umwelt des Planeten in den letzten 10.000 Jahren ungewöhnlich stabil1. Während dieser Zeit regulierten verschiedene natürliche Systeme das Klima der Erde und sorgten für die Aufrechterhaltung der Bedingungen, die die menschliche Entwicklung ermöglichten. Diese Regulierungssysteme sind jedoch stark gestört, und der Planet nähert sich möglicherweise einer Schwelle, jenseits derer unvorhersehbare Umweltveränderungen auftreten können, wie beispielsweise ein Anstieg der mittleren globalen Temperatur2. Um die atmosphärischen CO2-Konzentrationen zu verringern und so solche Auswirkungen abzumildern, wurde auf der Klimakonferenz der Vereinten Nationen (COP20) im Jahr 2015 das sogenannte Pariser Abkommen geschlossen. Dieses Abkommen basierte auf der Vorgabe, den Anstieg der mittleren globalen Temperatur aufrechtzuerhalten unter 2 °C relativ zur Temperatur vor der industriellen Revolution und vorzugsweise unter 1,5 °C. Dieses Ziel ist derzeit nur aufgrund der Entwicklung CO2-neutraler Energiesysteme anspruchsvoll. Dennoch hat der gewählte Präsident Joe Biden erklärt, dass die Vereinigten Staaten von Amerika dem Pariser Abkommen wieder beitreten werden (historisch gesehen heute, am 20. Januar 2021), und der derzeitige Premierminister Japans, Yoshihide Suga, hat erklärt, dass Japan eine Kohlenstoff- Bis 2050 wird China eine neutrale Gesellschaft sein. Darüber hinaus hat der Präsident der Volksrepublik China, Xi Jinping, erklärt, dass China bis 2060 klimaneutral sein wird. Da die derzeitige atmosphärische CO2-Konzentration jedoch recht hoch ist, gibt es fortlaufende Bemühungen, die CO2-Konzentration zu reduzieren angesammeltes CO2, um eine Klimakrise zu verhindern. Klimatologen haben gewarnt, dass im nächsten Jahrzehnt eine deutliche Reduzierung des CO2-Gehalts in der Erdatmosphäre erforderlich ist2; Daher ist es notwendig, diesen Prozess sofort zu beginnen. Die Dringlichkeit dieser Arbeit wurde von Klimaaktivisten wie Greta Thunberg kommuniziert und weltweit fanden „Fridays for Future“-Veranstaltungen statt.

Obwohl erneuerbare Energiequellen, einschließlich Sonnenstrahlung und Wind, zu geringeren CO2-Emissionen führen können, erfordern diese alternativen Systeme immer noch Energieaufwand und können auch die Produktion von CO2 mit sich bringen. Darüber hinaus entfernen diese Ansätze für erneuerbare Energien weder CO2, das sich bereits in der Atmosphäre angesammelt hat, noch gehen sie auf die fortlaufende Erzeugung von CO2 aus Abgasen und industriellen Quellen ein. Selbst wenn eine CO2-neutrale Gesellschaft sofort erreicht werden könnte, würde das angesammelte atmosphärische CO2 nicht reduziert. Aus diesen Gründen ist es wichtig, den aktuellen CO2-Gehalt in der Erdatmosphäre zu senken und schnellstmöglich praktische Maßnahmen zu entwickeln, um dies zu erreichen. Für die CO2-Speicherung wurde die Geosequestrierung durch die Injektion von CO2 in unterirdische geologische Formationen wie Ölfelder, Gasfelder und Salzformationen vorgeschlagen3,4, obwohl diese Systeme noch Projekte für die Zukunft sind.

Pflanzen verbrauchen große Mengen CO2 bei der Photosynthese, bei der CO2 und H2O unter Sonnenlicht mithilfe von Chlorophyll in Kohlenhydrate umgewandelt werden. Allerdings schrumpft der größte Wald der Erde, der Amazonas, der einen großen Teil zur Entfernung von atmosphärischem CO2 beiträgt, aufgrund der kommerziellen Entwicklung und schweren Bränden kontinuierlich. CO2 löst sich auch in den Ozeanen auf und bildet H2CO3, HCO3− und CO32−, und in den Ozeanen ist etwa 50-mal so viel Kohlenstoff gelöst wie in der Atmosphäre5. Umgekehrt produzieren alle lebenden Organismen bei der Atmung CO2, sodass die CO2-Verbrauchs- und CO2-Produktionsraten ausgeglichen waren, bevor menschliche Aktivitäten große Mengen CO2 produzierten. Bestimmte CO2-Derivate werden industriell6 und in der Medizin7 verwendet. Die Synthese von Methanol aus CO2 ist besonders wichtig, da Methanol ein Primärrohstoff für die Herstellung zahlreicher anderer Chemikalien ist8. Unsere eigene Gruppe hat beispielsweise kürzlich herausgefunden, dass NaHCO3 und Na2CO3 den Glukoseverbrauch in kultivierten Zellen beschleunigen9,10. Diese Materialien verbessern den Serumglukosespiegel bei Patienten mit Diabetes mellitus11. Allerdings ist die Verbrauchsrate von CO2-Verbindungen bei solchen Anwendungen offensichtlich viel geringer als die CO2-Produktionsrate.

CaCO3 kann als Bestandteil von Beton verwendet werden, und CO2 kann auch im industriellen Maßstab zu wichtigen Verbindungen wie Methanol umgesetzt werden8, obwohl das CO2 zunächst aufgefangen und konzentriert oder auf irgendeine Weise fixiert werden muss. CaCO3 wird durch Reaktion mit HCl und anderen Säuren auch leicht in CO2 umgewandelt. Darüber hinaus ist zu beachten, dass große Mengen CaCO3 natürlicherweise in Form von Korallen oder in Form von Kalkstein vorkommen.

CO2 kann mithilfe verschiedener Techniken aus der Umgebungsluft oder aus Rauchgasen abgeschieden werden, darunter Absorption12, Adsorption13,14,15,16,17,18 und Membrangastrennung14,19. Die Absorption mit Aminen ist derzeit die vorherrschende Technologie, während sich Membran- und Adsorptionsverfahren noch im Entwicklungsstadium befinden und der Bau primärer Pilotanlagen in naher Zukunft erwartet wird. Kürzlich wurde berichtet, dass eine Aminverbindung, Spiroaziridinoxindol, CO2 unter nahezu Umgebungsbedingungen effizient fixiert und unter milden Bedingungen CO2 freisetzt17. Nach unserem besten Wissen können diese Methoden allein jedoch nicht die notwendigen weltweiten Reduzierungen des atmosphärischen CO2 erreichen.

Es ist bekannt, dass CO2 von alkalischer Lösung absorbiert wird16. In der vorliegenden Arbeit wurde CO2 durch eine zunächst klare Lösung (Abb. 1a) geleitet, die 0,05 N NaOH und 0,05 M CaCl2 enthielt, um sofort einen weißen Niederschlag zu bilden (Abb. 1b).

Foto von CaCO3-Ausfällungen. (a) Eine Lösung, die 0,05 N NaOH und 0,05 M CaCl2 enthält. (b) Eine Lösung, die 30 s lang mit CO2-Blasen bei einer Durchflussrate von 2 cm3/s behandelt wurde.

In anderen Versuchen wurde festgestellt, dass eine Variation der NaOH-Konzentration zwischen 0 und 0,5 N in Gegenwart von 0,05 M CaCl2 selbst in Abwesenheit von CO2 einen weißen Niederschlag über 0,2 N NaOH erzeugte. Da dieser Niederschlag aus der Bildung von Ca(OH)2 resultierte, ist der

Unter diesen Bedingungen war das Potenzial für den Einbau von CO2 in Form von CaCO3 minimal. Umgekehrt blieben Lösungen mit niedrigeren NaOH-Konzentrationen (von 0,05 bis 0,1 N NaOH) zusammen mit 0,05 M CaCl2 klar, während die Zugabe von CO2-Blasen einen weißen Niederschlag erzeugte (Abb. 2a). Unter diesen Bedingungen kam es in Gegenwart von CaCl2 zur CaCO3-Ausfällung, was bedeutet, dass hohe NaOH-Konzentrationen durch die Bildung eines Ca(OH)2-Niederschlags reduziert wurden. Durch längeres Durchperlen von CO2 zersetzten sich die CaCO3-Niederschläge jedoch unter Bildung von wasserlöslichem Ca(HCO3)2. Als die CaCl2-Konzentration von 0 auf 0,5 M geändert wurde, wurde festgestellt, dass die Menge des weißen Niederschlags bei 0,05 M CaCl2 ein Plateau erreichte (Abb. 2b).

CaCO3 fällt aus. (a) Mengen, die aus 3 ml 0–0,4 N NaOH gemischt mit 3 ml 0,1 M CaCl2 in einem Kunststoffröhrchen und anschließender 10-sekündiger Einwirkung von CO2-Blasen bei einer CO2-Flussrate von 2 cm3/s erhalten wurden. (b) Mengen erhalten aus 3 ml 0–1,0 M CaCl2, gemischt mit 3 ml 0,1 N NaOH, gefolgt von 10-minütiger Zentrifugation bei 3000 U/min (LCX-100, TOMY, Tokio, Japan). Beachten Sie, dass die endgültige CaCl2-Konzentration 0,5 M betrug, obwohl die Anfangskonzentration 1,0 M betrug. Die Röhrenmasse wurde vor und nach der CO2-Fällung mit einem ME 204-Gerät (METTLER TOLEDO) bestimmt. Die vertikale Achse stellt die Masse des feuchten Niederschlags dar und die aufgetragenen Werte sind der Mittelwert plus oder minus einer Standardabweichung basierend auf fünf Wiederholungen.

Die CO2-Konzentration in einer 2-L-Flasche aus Polyethylenterephthalat (PET) wurde überwacht, um festzustellen, ob eine Lösung mit 0,05 N NaOH und 0,05 M CaCl2 den CO2-Gehalt senkte. Diese Versuche zeigten, dass die CO2-Reduktion eindeutig mit der Zeitspanne korrelierte, über die die Lösung in der Flasche und in Kontakt mit der Innenatmosphäre blieb (Abb. 3a). Ungefähr 60 % bzw. 80 % des anfänglichen CO2 wurden nach 15- bzw. 60-minütigen Behandlungen entfernt. Nachdem man die Plastikflasche über Nacht stehen ließ, wurde das CO2 in der Flasche vollständig entfernt. Somit könnte die chemische Fixierung der CO2-Emission, unabhängig von Volumen/Konzentration von CO2, durch eine Lösung, die 0,05 N NaOH und 0,05 M CaCl2 enthält, effizient erfasst und fixiert werden. Durch das Auflegen der Plastikflasche vergrößerte sich die Oberfläche der Lösung und somit die CO2-Entfernungsrate (Abb. 3b).

Die CO2-Konzentration ändert sich in einer Flasche. (a) Nach dem Überführen von 10 ml einer Lösung mit 0,05 N NaOH und 0,05 M CaCl2 in eine 2-L-Kunststoff-PET-Flasche mit dichtem Verschluss und anschließendem Stehenlassen für 15, 30 oder 60 Minuten. (b) Nach dem Überführen von 10 ml dieser Lösung in eine achteckige 1,4-Liter-Plastikflasche mit dichtem Verschluss und anschließendem Stehenlassen oder Schütteln für 5 Minuten. (c) Nach dem Überführen von 50 ml dieser Lösung in eine 2-Liter-Kunststoff-PET-Flasche mit 15 % CO2, gefolgt von kräftigem Schütteln für 30 Sekunden und anschließendem Stehenlassen für verschiedene Zeitspannen. Nach 60 Minuten wurden 50 ml frische Lösung unter 30-sekündigem Schütteln zugegeben, gefolgt von 24-stündigem Stehenlassen und 30-sekündigem Schütteln. Die CO2-Konzentration in der Gasphase wurde analysiert. Alle Werte sind Mittelwerte plus oder minus einer Standardabweichung basierend auf vier oder fünf Wiederholungen.

Bei einer hohen CO2-Konzentration von etwa 15 % reduzierte die Zugabe von 50 ml einer Lösung mit 0,05 N NaOH und 0,05 M CaCl2 und anschließendes kräftiges Schütteln der 2-L-Flasche für 30 Sekunden mit der Hand die CO2-Konzentration auf 10 % (Abb . 3c). Durch anschließendes Stehenlassen der Flasche konnte eine weitere leichte Reduzierung der CO2-Konzentration erreicht werden. Die Zugabe von 50 ml einer frischen Lösung führte ebenfalls zu einer weiteren leichten Reduzierung und eine weitere Zugabe von frischer Lösung nach 24 Stunden reduzierte die CO2-Konzentration erneut (Abb. 3c). Dieser langsame Rückgang des CO2-Gehalts nach der anfänglichen schnellen Entfernung wird auf das Vorhandensein unzureichender Mengen an NaOH und CaCl2 zurückgeführt. Der pH-Wert der Lösung betrug nach 24 Stunden und nach der dritten Zugabe 6,5, während der der anfänglichen frischen Lösung 12,19 betrug. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass das NaOH in der Lösung vollständig verbraucht wurde.

In den oben genannten Versuchen wurde eine Lösung mit geringen Konzentrationen an NaOH und CaCl2 in einem einstufigen Verfahren verwendet. Bei Verwendung hoher NaOH-Konzentrationen (über 0,2 N) sollte das CO2 zunächst ausschließlich mit NaOH behandelt werden, um die Bildung von Ca(OH)2 zu verhindern. Dadurch entsteht eine Lösung aus NaHCO3 und Na2CO3, zu der CaCl2 zugegeben werden kann, nachdem die NaOH-Konzentration auf weniger als 0,1 N reduziert wurde. Letztere Methode basiert auf zwei Schritten und ermöglicht die Verwendung hoher Konzentrationen von NaOH und CaCl2.

Da die Vergrößerung der Oberfläche der hochkonzentrierten NaOH-Lösung auch für eine effiziente CO2-Absorption wichtig ist, kann die Erzeugung eines Nebels von Vorteil sein. Durch die Nebelbildung wird die Flüssigkeitsoberfläche stark vergrößert und es kommt zu einer schnelleren CO2-Entfernung in der Plastikflasche (Abb. 4a). In Experimenten mit einem Schornsteinmodell reichten die Mengen an NaOH und CaCl2 in der Lösung nicht aus, um bei einer Gasflussrate von etwa 110 cm3/s mit dem gesamten CO2 zu reagieren, wenn der Schornstein hohe CO2-Konzentrationen enthielt (Abb. 4b). Daher konnte die Lösung nur einen relativ kleinen Teil des CO2 im Schornsteinmodell einfangen.

Mit einem Spray ermittelte CO2-Konzentrationsänderungen. Eine Lösung, die 0,05 N NaOH und 0,05 M CaCl2 enthielt, wurde 10 Mal in 5-s-Intervallen gesprüht, um ein Gesamtvolumen von etwa 4 ml bereitzustellen. (a) Die Lösung wurde in eine 2-L-Kunststoff-PET-Flasche und (b) in ein Schornsteinmodell aus zwei Milchboxen gesprüht. Im letzteren Fall betrugen die Luft- und CO2-Durchflussraten 100 bzw. 10 cm3/s. Alle Werte sind Mittelwerte plus oder minus einer Standardabweichung basierend auf sechs oder zehn Wiederholungen.

Die Fläche, über die die Reagenzlösung mit CO2 interagiert, könnte auch vergrößert werden, indem die Testgase zunächst durch einen porösen Stein geleitet werden, um Blasen zu bilden. In diesen Versuchen wurde ein Poly(vinylchlorid)-Rohr (40 mm Durchmesser und 50 cm Höhe) teilweise mit jeweils 250 ml einer wässrigen Lösung gefüllt, die 0,1 N NaOH und 0,1 M CaCl2 enthielt. Anschließend wurde das Testgas mit einer Durchflussrate von etwa 20 ml/s nach oben durch die Lösung geleitet, nachdem es den porösen Stein am Boden des Rohrs passiert hatte. Unter diesen Bedingungen wurde das in der Luft enthaltene CO2 vollständig von der Lösung absorbiert (Abb. 5a). In Versuchen mit demselben Gerät und einer sehr hohen CO2-Konzentration konnte der Wert von einem Ausgangswert von 10–2,5 % gesenkt werden (Abb. 5b). Diese Daten deuten darauf hin, dass dieses Konzept zur Reduzierung hoher CO2-Werte in den Abgasströmen von Industriebetrieben wie Wärmekraftwerken und Verbrennungsanlagen eingesetzt werden könnte.

CO2-Konzentrationen über der Lösung im Rohrapparat, wenn (a) Luft und (b) 10 % CO2 in Luft durch die Lösung geblasen werden. Alle Werte sind Mittelwerte plus oder minus einer Standardabweichung basierend auf entweder neun (a) oder drei (b) Wiederholungen.

Eine Möglichkeit, NaOH im industriellen Maßstab herzustellen, ist die Elektrolyse einer wässrigen NaCl-Lösung. Die Produkte dieses neu entwickelten CO2-Fixierungssystems auf Basis von NaOH und CaCl2 sind CaCO3 und NaCl, und dieses NaCl könnte daher anschließend über einen elektrolytischen Prozess in NaOH, H2 und Cl2 umgewandelt werden. Somit konnte mit diesem System CO2 abgeschieden und gleichzeitig H2 und Cl2 produziert werden (Abb. 6). Darüber hinaus könnte dieser Prozess möglicherweise in bestehende Generatorsysteme integriert werden, die auf Atom-, Wärme-, Sonnen-, Wind-, Wasser- oder Wellenkraft basieren, und im Elektrolyseprozess könnte natürliches Meerwasser anstelle einer künstlichen NaCl-Lösung verwendet werden.

Die Abbildung zeigt den vorgeschlagenen CO2-Fixierungsprozess in Kombination mit der Elektrolyse von NaCl. 1: Kohlendioxid-Fixierungsvorrichtung, 10: Reaktionsgefäß, 11: Reaktionskammer, 12A: Anodenkammer, 12B: Kathodenkammer, 13A und 13B: Trennwand, 20A und 20B: Zufuhreinheiten für Kohlendioxid-Fixiermittel, 30: Gaszufuhreinheit , 31: Einführungsendpunkt, 40A: Cl2-Extraktionsabschnitt, 40B: H2-Extraktionsabschnitt, 40C: Luftextraktionsabschnitt, 50: Flüssigkeitsextraktionsabschnitt, 51: Filter, 121A: Anode und 121B: Kathode. Das ursprüngliche Diagramm wurde vom Autor gezeichnet und vom Tsujimaru International Patent Office offiziell nachgezeichnet.

Umgekehrt basiert das in Abb. 6 dargestellte System sowohl auf der CO2-Fixierung als auch auf der NaCl-Elektrolyse. Da die effiziente Absorption von CO2 mit NaOH-Mikrotröpfchen ein großes Volumen erfordert, während dies bei der Elektrolyse einer NaCl-Lösung nicht der Fall ist, wurde ein neues CO2-Abscheidungsanlagendesign entwickelt, wie in Abb. 7 dargestellt. Diese Anlage soll kontinuierlich CO2 abfangen aus der Atmosphäre oder aus Abgasen. Mithilfe einer großen, mit Sprühdüsen ausgestatteten Kammer kann CO2 effizient durch Tröpfchen der NaOH-Lösung aufgefangen werden. Wie in der Abbildung angedeutet, könnte diese Kammer verschiedene Geometrien haben. Die zylindrischen und mäanderförmigen Formen wären sowohl für liegende als auch für stehende Strukturen anwendbar, während die anderen Morphologien nur für stehende Strukturen geeignet wären. Dieses System könnte auch mit dem im vorherigen Abschnitt beschriebenen NaOH-Erzeugungsprozess kombiniert werden.

Die Abbildung zeigt den vorgeschlagenen CO2-Fixierungsprozess. Die Sprühkammer könnte möglicherweise mehrere unterschiedliche Geometrien haben, einschließlich (a) zylindrisch, (b) zickzackförmig, (c) mäanderförmig und (d) spiralförmig. Legende: 5: Ausgang für die CO2-Fixierungslösung, 6: Filter, 7A: Fixierungslösung, 10A: Reaktionskammer, 10a: Gaseingang, 10b: Reaktionskammer, 10c: Ausgang, 20, 21 und 22: Düsen, 70: Wasser Tank, 90a und 90b: Sensoren und 200 und 201: Rohre. Das ursprüngliche Diagramm wurde vom Autor gezeichnet und vom Matsushima-Patentamt mit der Software „Hanako“ und dem Zusatz „Ichitaro“ offiziell nachgezeichnet.

Kürzlich hat sich gezeigt, dass Plastikmüll ein erheblicher Umweltschadstoff ist, und es wurde festgestellt, dass Mikroplastik Meeresorganismen schädigt20. Ein kleiner Teil der Kunststoffe, die täglich bei menschlichen Aktivitäten verwendet werden, wird recycelt, während der Rest einfach als Abfall behandelt wird. Viele dieser Materialien könnten verbrannt werden, werden aber stattdessen normalerweise auf Mülldeponien entsorgt. Wenn jedoch eine einfache Methode zur CO2-Fixierung zur Verfügung steht, könnte dieser Abfall problemlos durch Verbrennung entsorgt werden, ohne dass Umweltbedenken bestehen und das Potenzial zur Energieerzeugung besteht. Darüber hinaus hat die aktuelle COVID-19-Pandemie zu großen Mengen an potenziell mit dem Virus kontaminierten Abfällen geführt. Es wäre hilfreich, kontaminierten medizinischen Abfall auf Kunststoffbasis verbrennen zu können, um die Ausbreitung von Infektionen einzudämmen. Gegenwärtig wird üblicherweise die chemische Absorption mit organischen Aminen eingesetzt, um das von Wärmekraftwerken emittierte CO2 abzufangen. Die Freisetzung von CO2 aus diesen Komplexen erfordert jedoch eine Wärmebehandlung, die den Abbau induziert. Da bei dieser Behandlung selbst CO2 entsteht, wäre eine neue Methode zur CO2-Fixierung äußerst vorteilhaft. Das vorliegende Verfahren unter Verwendung anorganischer Verbindungen erzeugt ein stabiles Produkt, basierend auf der Neutralisierung von NaOH zusammen mit der Bildung von CaCO3 und NaCl, beides harmlose, stabile natürliche Verbindungen.

Diese Technik ist auf Wärmekraftwerke, Chemieanlagen, große Schiffe, Verbrennungsanlagen, Verbrennungsanlagen und Automobile anwendbar. Aufgrund strenger Vorschriften zur Luftverschmutzung ist der Ausstoß von Stickoxiden (NOx) und Schwefeldioxid (SO2), die bei der Kohleverbrennung große Auswirkungen auf die Umwelt und die menschliche Gesundheit haben21,22, gesetzlich strengstens verboten. Im Gegensatz dazu gibt es keine CO2-Emissionskontrolle, und dies führte seit der industriellen Revolution zu einer Anreicherung von atmosphärischem CO2. Mit diesem Verfahren kann atmosphärisches CO2 mit einer einfachen Apparatur an verschiedenen Orten spontan fixiert werden, um CaCO3 zu erzeugen. Dieses neu entwickelte und einfache System, das keine organischen Chemikalien erfordert, hat minimale Auswirkungen auf die Umwelt und ist vollständig nachhaltig. Es wird daher erwartet, dass es eine Möglichkeit zur Reduzierung des CO2-Gehalts in der Atmosphäre bietet, um den Klimawandel abzumildern. Derzeit ist weltweit anerkannt, dass der Klimawandel zu einer Krise geworden ist2. Da der Mensch „der am weitesten entwickelte Organismus“23,24 für diese Krise verantwortlich ist, haben wir die moralische Pflicht, die Situation durch globale Zusammenarbeit anzugehen.

NaOH und CaCl2 in Reagenzienqualität wurden von Wako-Junyaku Kogyo (Tokio, Japan) bezogen. Während der gesamten Experimente wurde Milli-Q-Wasser verwendet.

Die Reaktionslösung mit 0,05 N NaOH und 0,05 M CaCl2 wurde in einer handelsüblichen 2-L-Kunststoff-PET-Flasche oder einer handelsüblichen 1,4-L-Achteck-Kunststoffflasche hergestellt und die Flaschen für die angegebenen Zeiträume stehen gelassen oder geschüttelt.

Bei den Nebelversuchen wurden etwa 4 ml der Lösung in eine 2-Liter-PET-Kunststoffflasche gesprüht, wonach die CO2-Konzentration (in ppm) mit einem RI-85-Instrument (RIKEN) gemessen wurde. Das Schornsteinmodell wurde durch die Kombination von zwei 1-L-Milchboxen aus Papier hergestellt, wonach Luft (mit etwa 100 cm3/s) und CO2 (ungefähr 10 cm3/s) in die untere Box geleitet wurden. Zwischen die beiden Kästen wurde eine Schicht Gaze gelegt und etwa 4 ml der Lösung in den mittleren Teil des unteren Kästchens gesprüht. Anschließend wurde die CO2-Konzentration (in %) am zentralen Punkt der oberen Box mit einem XP-3140-Gerät (COSMOS) bestimmt.

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Der Autor dankt Hiroyuki Okada, Präsident von Shinko-Sangyo Co. Ltd., Takasaki, Gunma, Japan, für die finanzielle Unterstützung und Hideaki Kato, Präsident von Takasaki Denka-Kogyo, Co. Ltd., Takasaki, Gunma, Japan, für die Bereitstellung Ermutigung bezüglich der vorliegenden Arbeit und Edanz Group (https://en-author-services.edanz.com/ac) für die Bearbeitung eines Entwurfs dieses Manuskripts.

Kenji Sorimachi

Aktuelle Adresse: Bioscience Laboratory, Environmental Engineering, Co., Ltd., 1-4-6 Higashi-Kaizawa, Takasaki, Gunma, 370-0041, Japan

Forschungslabor, Gunma Agriculture and Forest Development, Takasaki, Gunma, 370-0854, Japan

Kenji Sorimachi

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KS konzipierte, gestaltete und führte die Studie durch und verfasste auch das Manuskript.

Korrespondenz mit Kenji Sorimachi.

Der Autor erklärt, dass die vorliegenden Daten zur Unterstützung von Anmeldungen beim japanischen Patentamt (PTC/JP2019/03400, PTC/JP2019/045839, PTC/JP2019/045390, PTC/JP2019/048178, PTC/JP2020/02064, PTC) verwendet wurden /JP2020/02990, PTC/JP2020/029505, PTC/JP2020/002064, PTC/JP2020/031010, JP2021-321).

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Nachdrucke und Genehmigungen

Sorimachi, K. Innovative Methode zur CO2-Fixierung und -Speicherung. Sci Rep 12, 1694 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-05151-9

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Eingegangen: 15. Oktober 2020

Angenommen: 24. Dezember 2021

Veröffentlicht: 01. Februar 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-05151-9

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