Förbättrad fångst av CO2 i efterförbränningsprocesser med aktivt kol modifierat av aminosyror

Rengöring av luften efter att bränsle har förbränts

Koldioxid från kraftverk är en stor drivkraft för den globala uppvärmningen, ändå kommer en stor del av vår el fortfarande från förbränning av fossila bränslen. Ett praktiskt sätt att minska dessa utsläpp är att fånga CO2 från de heta avgaserna innan de släpps ut i atmosfären. Denna studie undersöker hur man kan göra ett vanligt, relativt billigt material — aktivt kol — bättre på att fånga CO2 genom att försiktigt belägga dess yta med enkla byggstenar i proteiner kallade aminosyror.

Att förvandla vanligt kol till en bättre svamp

Aktivt kol används redan i vattenfilter och luftrenare eftersom det är fullt av små porer som fungerar som en svamp för molekyler. För efterförbränningsfångst i kraftverk måste ett idealiskt material kunna hålla mycket CO2 även när det finns i låga nivåer och vid förhöjda temperaturer, samtidigt som det förblir stabilt och lätt att återanvända. Forskarna började med kommersiella aktiverade kol och jämförde deras naturliga förmåga att adsorbera CO2 — här betyder “adsorbera” att molekyler fastnar på ytan snarare än reagerar kemiskt. De bekräftade att materialet vid rumstemperatur kan hålla flera millimol CO2 per gram, men att denna kapacitet sjunker kraftigt när gasen blir varmare, en typisk egenskap för fysisk adsorption snarare än stark kemisk bindning.

Lägga till milda grepp för koldioxid

För att förbättra prestandan modifierade teamet kelytans yta med tre aminosyror: glycin, serin och lysin. Dessa är små organiska molekyler rika på kväve, en atomtyp som är känd för att interagera starkare med CO2. Det aktiverade kolet blötlagdades i lösningar som innehöll respektive aminosyra, ibland tillsammans med enkla basiska salter, och tvättades sedan och torkades. När de behandlade proverna testades visade de belagda med glycin och serin generellt högre CO2-fångst än det ursprungliga materialet, medan lysin ofta försämrade prestationen, särskilt i kombination med tillsatta salter. Glycin utmärkte sig: trots att det är det minsta av de tre ökade det CO2-upptaget med upp till cirka 25 procent utan att offra materialets förmåga att ta upp kvävgas, en viktig bakgrundsgas i rökgaser.

Hitta rätt balans i behandlingsvillkoren

Eftersom överbelastning av modifierare kan täppa igen porerna varierade forskarna noggrant behandlingstemperatur, tid och glykinkoncentration och analyserade resultaten med en statistisk designmetod. De fann att ett mellanting — måttlig temperatur, några timmars behandling och en medelhög glycinnivå — gav bäst CO2-fångst. Mikroskopi och gasadsorptionsmätningar visade att det modifierade kolet behöll nästan samma yta och porstorleksfördelning som originalet, vilket indikerar att glycin mestadels prydde innerväggarna snarare än blockerade passager. Infraröd och röntgentester bekräftade att nya kväve- och syrebindande grupper hade uppstått på ytan, medan den underliggande karbonramen i stort sett förblev oförändrad.

Hur det förbättrade materialet beter sig

Genom att mäta hur CO2 och kväve fäster på materialet vid flera temperaturer uppskattade teamet den värme som frigörs när varje gas adsorberas. Dessa värden låg i det intervall som är typiskt för fysikaliska interaktioner, inte permanenta kemiska reaktioner, men var märkbart starkare för glykibehandlat kol än för råprovet. Det betyder att CO2 hålls hårdare, vilket förklarar den högre kapaciteten, men det bör fortfarande vara möjligt att frigöra gasen igen genom måttlig uppvärmning eller tryckändringar. Det modifierade kolet visade också god termisk stabilitet upp till temperaturer långt över de som normalt förekommer i efterförbränningssystem, vilket tyder på att det kan klara många fångst–frigöringscykler.

Vad detta kan betyda för utsläpp från kraftverk

I vardagliga termer visar arbetet att lätt prydnad av aktivt kol med en enkel aminosyra kan förvandla ett handelsmässigt filtermaterial till en mer selektiv och kraftfull "magnet" för CO2. Glycin erbjuder den bästa balansen: dess lilla storlek gör att det kan täcka poreväggarna med extra greppytor utan att täppa igen dem, så fler CO2-molekyler kan fångas och frigöras upprepade gånger. Även om materialet fortfarande fungerar bäst vid lägre temperaturer kan smarta värmeväxlingsstrategier i verkliga anläggningar hjälpa till att kyla avgaserna tillräckligt för att dra nytta av denna förbättrade svamp. Tillsammans pekar dessa fynd mot billiga, justerbara sorbenter som kan eftermonteras i befintliga anläggningar för att minska växthusgasutsläpp utan att behöva omvandla hela energisystemet.

Citering: Houshmand, D., Rashidi, F., Amjad-Iranagh, S. et al. Enhancement of CO₂ capture in post combustion process using actived carbon modified by amino acids. Sci Rep 16, 10569 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-44400-z

Nyckelord: koldioxidfångst, aktivt kol, aminosyror, efterförbränning, CO2-adsorption