Kempinė anglies dioksidui mirkyti ore

„Berkeley Lab“ dirba su neigiamų teršalų išmetimo technologijų ir susijusių tyrimų, skirtų anglies dvideginiu išgauti iš atmosferos, rinkiniu.

„Berkeley Lab“ mokslininko Jeffrey Longo klausimai apie CO2 surinkimo medžiagą.

Šiuo metu žmogaus veikla į atmosferą išmeta 40 milijardų tonų anglies dioksido, o tai leidžia mums pakelti 1,5 laipsnio pasaulinę temperatūrą. Celsijaus Iki 2040 m. Daugiau nei ankstesniais pramonės lygiais. Tarpvyriausybinės klimato kaitos komisijos (TKKG) teigimu, norėdami išvengti pavojingiausių klimato kaitos padarinių, turime apriboti visuotinį atšilimą iki 1,5 laipsnio Celsijaus.

Mokslininkai vis dažniau pripažįsta, kad neigiamos anglies dvideginio išmetimo (angl. NET) technologijos, skirtos anglies dvideginiui pašalinti ir surišti iš atmosferos, bus esminis klimato kaitos švelninimo strategijos komponentas. Nacionalinė Lawrence’o Berkeley laboratorija (Berkeley laboratorija), daugiadisciplininė Energetikos tyrimų katedra, ieško neigiamų išmetamųjų teršalų technologijų ir susijusių tyrimų portfelio. Tai apima geologinį ir sąvartynų šalinimą, pertvarkymą į bioproduktus ir vandenilio kuro terminius reaktorius.

Jeffrey Longas

Jeffrey Longas, Berkeley laboratorijos medžiagų mokslo skyriaus vyresnysis mokslininkas ir UC Berkeley chemijos universiteto profesorius.

Perspektyvi technologija, kuriama NET, yra anglies surinkimas, naudojant medžiagą, vadinamą MOF, arba metalinį organinį rėmą. Jeffrey Longas, Berkeley laboratorijos medžiagų mokslų skyriaus vyresnysis mokslininkas ir UC Berkeley chemijos universiteto profesorius, jau keletą metų dirba su šia unikalia medžiaga.

Q. Kas yra MOF ir kokį vaidmenį jis gali atlikti mažindamas išmetamą CO2 kiekį?

MOF arba metalinis organinis rėmas yra labai kietos rūšies medžiaga, kuri yra labai akyta ir veikia kaip kempinė, galinti sugerti didelius kiekius tam tikros dujų molekulės, pavyzdžiui, anglies dioksido. Jie gyvavo maždaug 20 metų, o pastarąjį dešimtmetį įvyko mokslinių tyrimų sprogimas, nes mokslininkai randa vis daugiau praktinių pritaikymų. Kas yra išskirtinis MOFak tai yra tai, kad jie turi labai aukštą vidinį paviršių. Vienas gramas MOF, panašus į cukraus kubą, gali turėti didesnį paviršiaus plotą nei futbolo aikštė. Todėl tinkamai suprojektuotas nedidelis MOF kiekis gali pašalinti didžiulį CO2 kiekį iš išmetamųjų dujų, susidarančių deginant iškastinį kurą.

Prieš kelerius metus mes padarėme įdomų atradimą, kad tam tikri MOF gali įgauti anglies dvideginį naudodami precedento neturintį į jungiklį panašų mechanizmą. Be to, mes optimizavome medžiagą, kad efektyviai pašalintume iš gamyklos išmetamą CO2 kiekį, kol dujos nepatektų į atmosferą. Mes parodėme, kad anglies dioksido surinkimas ir išskyrimas iš MOF gali būti atliekamas naudojant daug mažesnius temperatūros pokyčius, reikalingus kitoms technologijoms, suteikiant jiems didelį pranašumą, palyginti su įprastais CO2 surinkimo režimais. (Adsorbuotas CO2 gali būti naudojamas kituose produktuose.) Ši strategija pašalina poreikį nukreipti didelės vertės, aukštos temperatūros garus nuo energijos gamybos, tuo pačiu išvengiant elektros energijos brangimo. Per šias pastangas mes parodėme, kad MOF variantai taip pat gali būti veiksmingi pašalinant CO2 iš kitų dujų mišinių, įskaitant biodujas, gamtines dujas, ir net tiesiogiai iš oro.

Gauti tiesioginį orą yra geriausias būdas pamatyti MOF. Norėdami užfiksuoti BECCS anglį (arba anglies kaupimui ir saugojimui skirtą bioenergiją, atsirandančią neigiamų išmetamųjų teršalų technologiją), kur auginate medžius ar pasėlius, deginkite juos kaip kurą, o tada surinkite ir sulaikykite tą CO2, manau, kad MOF taip pat padaro surinkimo dalį geresne nei bet kuri kita medžiaga.

K. Jis atrodo labai viltingas. Kokia šios technologijos būklė dabar? Ar jis naudojamas komerciškai?

2014 m. Buvo sukurta nauja įmonė, pavadinta „Mosaic Materials“ (turiu ekonominių interesų), siekdama komercinės MOF gamybos įvairiems CO2 atskyrimo procesams. Mes vadovaujame projektui, kurį finansuoja „Berkeley Lab“ Nacionalinė energetikos technologijų laboratorija (NETL). Ten mes bendradarbiaujame su „Mosaic Materials“ ir Kanados inžinerijos įmone „Svante“, siekdami pilotuoti anglimi kūrenamų elektrinių dujų demonstraciją.

Čia naudojant vienos rotacinės lovos MOF sistemą galima pasiekti greitus fiksavimo ir paleidimo ciklus bei sumažinti energijos sąnaudas. Galiausiai tikimasi, kad platus komercinis šios technologijos išplėtimas gali žymiai sumažinti išlaidas ir energiją, susijusias su anglies sekvestravimu, nes tai būtinai įgyvendinama visame pasaulyje.

Visur kitur MOF yra komerciškai naudojami saugiam kitų pavojingų dujų laikymui. Dėl CO2 surinkimo, sakyčiau, jie yra arti pasirengę komerciniam įgyvendinimui.

K. Jei taip, kokių tolesnių tyrimų reikia apie MOF?

Turime smarkiai sumažinti tiesioginio oro gaudymo išlaidas. Dabar tai padaryti yra labai brangu. Yra bendrovių, kurios jau taip elgiasi – jos stato vienetus su ventiliatoriais, kurie pučia orą per prietaisus su porėtomis medžiagomis, tačiau naudojamos medžiagos nėra labai efektyvios, o jos yra labai brangios. Šiandien CO2 pašalinimas naudojant šią technologiją yra nuo 500 iki 1000 USD už toną. Turime sukurti aukštos kokybės medžiagas, kad jų kaina būtų mažesnė nei 100 USD už toną.

Pagrindinė šių didelių sąnaudų problema yra energijos kiekis, reikalingas adsorbentui regeneruoti, o tai reiškia, kad gryna CO2 pavidalu išsiskyrusią medžiagą galima panaudoti pakartotinai surenkant daugiau CO2. Čia manome, kad kooperatyvus adsorbcijos mechanizmas, esantis MOF, gali žymiai sumažinti regeneracijos šilumos ir vakuumo reikalavimus.

Tačiau kitas aspektas yra energija, reikalinga orui išstumti. Jei patenkate į oro srautą su 410 dalimis CO2, vienas iš sunkumų yra tas, kad dauguma medžiagų pašalina nedidelį kiekį šio kiekio ir sumažina CO2 koncentraciją iki 300 ppm ir sulaiko 25% CO2. Tai vadinama fiksavimo rodikliu. Ir tada, norint sugauti daugiau, iš esmės reikia išskirti daugiau oro, kad juo užpildytumėte medžiagą.

Tačiau naudodami 90% surinkimo greitį, vienu paspaudimu galite sumažinti savo CO2 koncentraciją iki 40 milijono dalių. Tai reiškia, kad jūs išmetate daug mažiau CO2 ir taip taupote energiją.

Vienas iš mūsų tyrimų tikslų yra sukurti medžiagas, pasižyminčias dideliu pajėgumu, dideliu sugavimo greičiu, greita CO2 adsorbcijos kinetika ir žema regeneracijos temperatūra, taip pat ribojant vandens bendrą absorbciją, jei jums nereikia švaistyti energijos, jos desorbcijos. Kinetika reiškia, kaip greitai CO2 sugeria medžiagas.

Manau, kad yra būdas gauti mažiau nei 100 USD už toną iš oro išmetamo CO2. Iki šiol reikia atlikti daug tyrimų. Turime iš tikrųjų permąstyti kai kuriuos medžiagų projektavimo būdus ir suprasti, kaip manipuliuoti tokiais dalykais kaip „delta-S“ (entropija), kad absorbuotų CO2, todėl norint išleisti CO2 reikia mažiau šilumos.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Pažymėtinos giliavandenės Veneros gėlių kempinių struktūros, kurios yra naudingos kuriant laivus, lėktuvus ir dangoraižius

Euplectella aspergillum stiklo kempinės struktūra structure už hidrodinaminio lauko ribų. Pramonė buvo perstatyta naudojant CINECA superkompiuterius. Kinetinė metodika և Pažangūs skaičiavimo kodai...

Didžiausia aplinkos šalinimo kaukė – ir kaip ją sumažinti

Naujas tyrimas nustatė naudojamo N95 išeikvojimą ir pasiūlė tinkamus būdus jį sumažinti. Nuo praėjusiais metais prasidėjusios „Covid-19“ epidemijos, užrištos akys tapo dar viena sveikatos apsaugos...

Neuromediatorių lygis smegenyse nuspėja matematinius sugebėjimus

Skenavimas buvo baigtas 1 ir 2 metu (maždaug po 1,5 metų) kiekvienoje iš penkių amžiaus grupių (6-erių, 10-mečių, 14-mečių, 16-mečių ir 18 metų) -metukai)....

Genetikai atskleidžia mutacijas, sukeliančias sunkų vaikystės vėžį – vartokite vaistus, kad pašalintumėte jų šalutinį poveikį

Trejybės koledžo genetikai atrado specifinio geno, vadinamo H3K27M, mutaciją, sukeliančią neišgydomą vaikystės vėžį, vadinamą diffi midi glioma (DMG). Augimas taikant tikslinius vaistus. Jų istoriniai...

Neigiamų jonų sulaikymas tarpžvaigždinėje erdvėje

Kaip tarpžvaigždinėje aplinkoje kuriamos neigiamai įkrautos molekulės? Tarpžvaigždiniai debesys yra naujų žvaigždžių gimtinė. Tačiau jie taip pat vaidina pagrindinį vaidmenį formuojant gyvenimą visatoje per...

Newsletter

Subscribe to stay updated.