Een computermodel helpt chemici bij de speurtocht naar materialen die efficiënt het broeikasgas koolstofdioxide wegvangen.
Vele materialen kunnen moleculen koolstofdioxide opnemen, maar dat gaat vaak erg langzaam of kost veel energie. Aan de universiteit in het Californische Berkeley ontwikkelde de Nederlandse chemicus Berend Smit een computermodel dat tal van vaste materialen beoordeelt op hun geschiktheid voor wegvangen van koolstofdioxide. Al enkele miljoenen materialen zijn ermee getest, zo schrijven Smit en zijn collega’s in Nature Materials.
De onderzoekers speuren naar materialen die bij lage temperatuur zeer goed koolstofdioxide kunnen wegvangen uit rookgassen, maar het ook gemakkelijk weer afstaan waarna het onder hoge druk kan worden opgeborgen. Tussen al die miljoenen materialen vonden Smit en zijn collega’s al diverse geschikte kandidaten. Die werkten in het model veel efficiënter dan de nog experimentele techniek waarbij oplossingen van aminen koolstofdioxide uit de rookgassen verwijderen. Dat proces vergt meer dan een kwart van de door een centrale opgewekte energie, onder meer doordat de aminen de gevangen koolstofdioxide pas weer afstaan als ze flink worden opgewarmd.
De ontdekte materialen bestaan niet allemaal. Sommige moeten nog daadwerkelijk door chemici worden vervaardigd. Het betreft vooral poreuze kristalstructuren, zoals zeolieten en holle organische metaalverbindingen.
Essentieel voor het computeronderzoek van Smit is de inzet van grafische computerchips. Die kunnen de complexe quantumchemische berekeningen aan molecuulstructuren veel sneller uitvoeren dan de gebruikelijke computerprocessoren. De rekentijd nam daardoor af van enkele dagen tot enkele seconden. De meest efficiënte onder de gevonden materialen vergen volgens de berekeningen in een energiecentrale 30 procent minder energie dan nodig is bij de inzet van oplossingen van aminen. Volgens Smits collega Abhoyjit Bhown, van het Electric Power Research Institute in Palo Alto, kan daar in theorie nog wel de helft van af.
