Menu
e-shop
Odstraňování CO2 z atmosféry je považováno za jeden z možných doplňků snižování emisí skleníkových plynů. Současné technologie DAC však často vyžadují značné množství energie, zejména při regeneraci sorbentů a uvolňování zachyceného plynu. Výzkumný tým vedený profesorem Raffaelem Mezzengou proto zkoumal, zda by bylo možné využít proteinové materiály pocházející z vedlejších proudů potravinářské výroby.
Základem materiálu jsou proteinové amyloidní fibrily, tedy dlouhá a velmi tenká proteinová vlákna. Vědci je připravili ze syrovátkového proteinového izolátu a z proteinů získaných z odpadní vody po výrobě tofu. Proteiny byly za přesně stanovených podmínek zahřáty, čímž se přeměnily na amyloidní fibrily. Ty byly následně smíchány s hydroxidem draselným, zmrazeny a lyofilizovány. Výsledkem byly lehké a pórovité kuličky o průměru přibližně 0,5 až 1 centimetru.
Hydroxid draselný představuje aktivní složku sorbentu. Ve vlhkém vzduchu reaguje s oxidem uhličitým, který se v materiálu ukládá především ve formě hydrogenuhličitanu. Proteinová struktura funguje jako nosič hydroxidu draselného a současně pomáhá zachycený hydrogenuhličitan stabilizovat. Podle autorů se na tomto procesu podílejí zejména aminokyseliny lyzin a glutamin.
Nejlepších výsledků dosáhly kuličky připravené ze syrovátkového proteinového izolátu. Z okolního vzduchu při pokojové teplotě zachytily až 2,20 milimolu CO2 na gram materiálu, což odpovídá přibližně 97 miligramům oxidu uhličitého. Jeden kilogram sorbentu by tedy při jednom úplném cyklu teoreticky zachytil přibližně 97 gramů CO2. Sójová varianta vyrobená z proteinů získaných z odpadní vody po výrobě tofu vykazovala nižší kapacitu. V laboratorním testu se simulovaným vzduchem zachytila přibližně 0,87 milimolu CO2 na gram materiálu.
Podle autorů studie byla hmotnostní adsorpční kapacita nejvýkonnější syrovátkové varianty o 10 až 50 procent vyšší než u některých vybraných sorbentů pro přímé zachytávání uhlíku, s nimiž ji porovnávali. Nejde však o srovnání účinnosti celých průmyslových zařízení DAC, ale pouze o porovnání kapacity jednotlivých materiálů.
Jednou z hlavních předností materiálu je možnost regenerace při pokojové teplotě. Řada konvenčních systémů DAC využívá při uvolňování zachyceného CO2 zahřívání nebo změnu tlaku. U proteinových kuliček vědci použili zředěnou kyselou mlhu. Testovali například 0,5% kyselinu chlorovodíkovou a 2% kyselinu citronovou. Okyselení převedlo zachycený hydrogenuhličitan zpět na oxid uhličitý, který se z materiálu uvolnil. Následně byl sorbent znovu ošetřen zředěným roztokem hydroxidu draselného, aby se obnovila jeho schopnost zachytávat CO2. Uvolnění oxidu uhličitého trvalo přibližně 10 až 12 minut. Použité roztoky se podařilo v experimentu částečně zachytávat a znovu využívat. Nešlo však o zcela bezodpadový proces, protože část kyseliny a hydroxidu draselného bylo nutné během cyklů doplňovat.
Výzkumníci zopakovali proces zachycení a uvolnění CO2 třicetkrát. Materiál si během zkoušek zachoval většinu své původní kapacity. Výkon se po prvních cyklech mírně snížil a následně se stabilizoval. Výsledky proto ukazují dobrou laboratorní opakovatelnost, nikoli však zatím životnost v řádu stovek nebo tisíců cyklů. Profesor Mezzenga předpokládá, že by materiál mohl při dalším vývoji vydržet podstatně více cyklů. Taková životnost však zatím nebyla experimentálně potvrzena.
Autoři studie zvažují také možnosti vy-užití materiálu po skončení jeho životnosti. Vzhledem k obsahu bílkovin, dusíku a draslíku by mohl po odpovídajícím zpracování sloužit například jako surovina pro výrobu hnojiv nebo pro fermentační procesy a výrobu biopaliv. Tyto způsoby využití jsou však zatím pouze navrhované. Studie neprokázala, že by použité kuličky bylo možné bez další úpravy přímo aplikovat jako hnojivo nebo využít v krmivářství.
Výchozí proteiny mohou pocházet z potravinářských surovin, hotový sorbent ale obsahuje hydroxid draselný a po regeneraci také další chemické látky a soli. Jeho bezpečnost pro potravinářské nebo krmivářské použití proto zatím nebyla potvrzena a vyžadovala by další toxikologické, biologické a legislativní hodnocení.
Autoři studie provedli také orientační technicko-ekonomický výpočet. Náklady odhadli přibližně na 372 amerických dolarů za tunu zachyceného CO2. Jde však pouze o modelový odhad založený na laboratorních datech, nikoli o skutečnou cenu provozu průmyslového zařízení. Výsledná ekonomika by závisela mimo jiné na ceně výchozích proteinů, výrobě amyloidních fibril, spotřebě hydroxidu draselného a kyseliny, recyklaci chemikálií, dopravě a konstrukci samotného zařízení.
Výzkumníci současně provedli hodnocení životního cyklu materiálu. Ve srovnání s několika vybranými tepelně regenerovanými sorbenty dosáhl nový systém příznivějších výsledků v 17 z 18 sledovaných environmentálních kategorií. Také toto hodnocení ale vycházelo z laboratorních údajů a omezeného počtu cyklů.
Další výzkum se musí podle vědců zaměřit na hromadnou výrobu proteinových kuliček, dostupnost vhodných odpadních proteinových proudů, spotřebu a recyklaci chemikálií, odolnost materiálu vůči proměnlivé vlhkosti a teplotě a jeho začlenění do zařízení, jimiž by proudilo velké množství okolního vzduchu.
Pokud se podaří tyto překážky překonat, mohl by materiál představovat jednu z možností, jak spojit zpracování vedlejších produktů potravinářství s energeticky méně náročným zachytáváním CO2.
Anna Walterová
