Filtr na oxid uhličitý pro větrání budov se regeneruje průchodem proudu
Tým z Korea University nastříkal aminový pohlcovač na uhlíková vlákna, která pak sama slouží jako topné těleso. Filtr vydá 95 % zachyceného oxidu uhličitého za čtvrt hodiny při 100 °C a bez vývěvy. Úspora energie na větrání budovy ale vychází ze simulace, ne z měření v provozu.
Větrání je nejlevnější způsob, jak dostat z místnosti vydýchaný vzduch, a zároveň jeden z nejdražších: s čerstvým vzduchem jde dovnitř i zima nebo horko, které pak musí vzduchotechnika dohnat. Tým z Korea University zkusil obejít to tak, že oxid uhličitý z místnosti pohltí do filtru a vypustí ho ven až ve chvíli, kdy se to hodí. Práci zveřejnil 3. října 2026 časopis Nature Communications.
Vlákna slouží jako topné těleso
Pohlcovačem je polyethylenimin, aminová látka, která se na oxid uhličitý váže. Tým ho uložil na nepórovité křemičité nanočástice o velikosti 60 až 70 nm a směs nastříkali na uhlíková vlákna. Vrstva má 14,7 až 46,1 µm.
Důležitý je ale až druhý krok. Uhlíková vlákna vedou proud, takže je lze použít jako topné těleso: nasycený filtr se připojí ke zdroji, vlákna se zahřejí a plyn se z aminů uvolní. Napětí se drží mezi 4 a 7 V, tedy hluboko pod hranicí malého napětí podle normy IEC 60449. Vlákno se na cílové teplotě ustálí asi za pět sekund, což je proti době desorpce zanedbatelné. Jedna buňka filtru měří 100 × 100 mm a buňky se spojují paralelně, aby na každou šlo stejné napětí.
Patnáct minut místo vývěvy
Při 100 °C odejde z filtru 95 % zachyceného plynu za 15 minut, při 80 °C za 35 minut – pokaždé za normálního tlaku. To je hlavní rozdíl proti starším pokusům s elektrickým ohřevem, které si podle rekapitulace autorů vypomáhaly částečným vakuem. Vývěva do obývané místnosti nepatří, protože dělá hluk a odebírá elektřinu navíc.
Záchyt filtru je 1,26 mmol na gram při koncentraci 1 000 ppm a teplotě 25 °C; samotný prášek bez nosiče zvládne 1,84 mmol/g. U srovnatelných vláknových soustav uvádějí autoři 0,65 a 0,39 mmol/g. Druhý recenzent jim naproti tomu vytkl, že běžné aminové pohlcovače se pohybují mezi 2 a 3 mmol/g.
Dvě stě cyklů na termogravimetrickém analyzátoru vzorek přečkal bez ztráty: hmotnost ubyla o 2,36 %, ale záchyt na gram vzrostl z 1,074 na 1,098 mmol, tedy o 2,28 %. Vlhkost pomáhá jen do určité míry. Proti suchému vzduchu záchyt při 20% relativní vlhkosti stoupne, při 40 a 60 % zase klesá, protože voda o aminové skupiny soupeří.
V zimě se vyplatí, v létě prodraží
Druhá polovina práce je výpočet pro celou místnost. Proti sobě v něm stojí běžné větrání řízené podle koncentrace a varianta, kde je ve smyčce filtr. Provozní parametry hledal evoluční algoritmus; protože je takový výpočet pomalý, natrénovali k němu ještě neuronovou síť, která výsledek odhadne rovnou. Podle abstraktu klesne energetická zátěž o 14,9 až 25 % a koncentrace v místnosti se drží na 600 ppm.
Rozhodující je ovšem roční doba. V zimě je rozdíl entalpie mezi vnitřním a venkovním vzduchem velký, takže filtr při cíli 600 ppm uspoří zhruba 25 % energie. V létě při cíli 1 000 ppm spotřebuje soustava s filtrem asi o 34,4 % energie víc než větrání bez něj: regenerace stojí pořád stejně, kdežto úspora na větrání se s vyšším cílem ztrácí.
Totéž vychází i z propočtu nákladů. V zimě se vstupní investice vrátí za 17 až 18 dní, v létě za 48 až 65 dní podle toho, jak často se filtr vyměňuje. Počítá se s výměnou po 7, 15 a 30 dnech.
Co zatím nikdo nezměřil
K článku jsou zveřejněné posudky recenzentů i odpovědi autorů a stojí v nich víc než v samotném článku. Druhý recenzent napsal, že experimenty na úrovni materiálu a filtru jsou přesvědčivé, ale celobudovní závěry se o žádné měření neopírají. Síť se učila výhradně na simulovaných datech, nikdo ji neporovnal se skutečným obsazením místnosti a prototyp mezi laboratorním vzorkem a budovou chybí.
V odpovědi to korejský tým přijal. Síť v textu přejmenovali na náhradní model, ne na ověřené řízení, a doplnili, že výpočet pracuje s dokonale promíchaným vzduchem, s předem daným obsazením a s ideální odezvou regulace. Uváděné úspory jsou proto podle nich horní mez, ne očekávaný výsledek.
Jedna praktická věc v první verzi chyběla úplně: kam se uvolněný plyn podeje. Při zahřátí odchází spolu s oxidem uhličitým i navázaná voda, takže je výstup teplejší a vlhčí než vzduch v místnosti. Jako řešení navrhují v létě vyfukovat ven a v zimě vést výstup přes rekuperaci, sami to ale označují za koncept bez čísel.
Na práci se vedle tří korejských univerzit podílelo i Samsung Research. Výzkum financovala korejská National Research Foundation a Samsung Electronics.
Zdroje
- Kim M. a kol.: Joule-heated regenerable carbon dioxide capture filter for demand-controlled ventilation in indoor applications, Nature Communications, 3. října 2026
- Peer Review File k téže práci (PDF, CC BY 4.0) – posudky tří recenzentů a odpovědi autorů