Opracowano nową metodę wychwytywania dwutlenku węgla w celu wychwytywania dwutlenku węgla z emisji z paliw kopalnych
Emisje cieplarniane są największym czynnikiem przyczyniającym się do zmiany klimatu. Emisje krytycznych gazów cieplarnianych są wynikiem industrializacji na dużą skalę i działalności człowieka. Większość tych emisji gazów cieplarnianych pochodzi z dwutlenek węgla (CO2) ze spalania paliw kopalnych. Od początku ery industrializacji całkowite stężenie CO2 w atmosferze wzrosło o ponad 40 procent. Ten stały wzrost emisji gazów cieplarnianych powoduje ocieplenie planeta w tak zwanym „globalne ocieplenie„, ponieważ symulacje komputerowe wykazały, że emisje są odpowiedzialne za wzrost średniej temperatury powierzchni ziemi w czasie, co wskazuje na „zmianę klimatu” wynikającą ze zmian w rozkładzie opadów, sile burz, poziomie mórz itp. Zatem opracowanie odpowiednich sposobów „wyłapywania lub wychwytywania” „Dwutlenek węgla powstający w wyniku emisji jest kluczowym aspektem przeciwdziałania zmianom klimatycznym. Węgiel technologia wychwytywania jest dostępna od dziesięcioleci, ale ostatnio poświęcono jej więcej uwagi ze względu na kwestie ochrony środowiska.
Nowa metodologia wychwytywania dwutlenku węgla
Standardowa procedura węgiel wychwytywanie polega na wychwytywaniu i oddzielaniu CO2 z mieszaniny gazowej, następnie transportowaniu go do magazynu i składowaniu w oddaleniu od atmosfery, zwykle pod ziemią. Proces ten jest bardzo energochłonny, wiąże się z szeregiem problemów technicznych, zagrożeń i ograniczeń, np. wysokim prawdopodobieństwem wycieku w miejscu składowania. Nowe badanie opublikowane w Chem opisuje obiecującą alternatywę dla wychwytywania węgla. Naukowcy z Departamentu Energii USA opracowali unikalną metodę usuwania CO2 z elektrowni węglowych, a proces ten wymaga o 24% mniej energii w porównaniu z benchmarkami, które są obecnie stosowane w przemyśle.
Naukowcy pracowali nad substancjami występującymi naturalnie organiczny związki zwane bis-iminoguanidynami (BIG), które mają zdolność wiązania się z ujemnie naładowanymi anionami, jak wykazano w poprzednich badaniach. Uważali, że ta szczególna właściwość BIG powinna mieć również zastosowanie do anionów wodorowęglanowych. Zatem BIG mogą działać jak sorbent (substancja, która gromadzi inne cząsteczki) i przekształcać CO2 w stały wapień (węglan wapnia). Wapno sodowane to mieszanina wodorotlenków wapnia i sodu stosowana przez płetwonurków, łodzie podwodne i inne zamknięte środowiska oddechowe do filtrowania wydychanego powietrza i zapobiegania niebezpiecznemu gromadzeniu się CO2. Powietrze można następnie wielokrotnie poddawać recyklingowi. Na przykład rebreathery dla nurków umożliwiają im pozostanie podwodny przez długi czas, co w przeciwnym razie byłoby niemożliwe.
Unikalna metoda, która wymaga mniej energii
W oparciu o tę wiedzę opracowano cykl separacji CO2, w którym zastosowano wodny roztwór BIG. W tej konkretnej metodzie wychwytywania węgla przepuszczały one gazy spalinowe przez roztwór, co spowodowało związanie cząsteczek CO2 z DUŻYM sorbentem, a to wiązanie spowodowało ich krystalizację w postać stałą. organiczny wapień. Gdy te ciała stałe zostaną podgrzane do 120 stopni Celsjusza, uwolniony zostanie związany CO2, który można następnie przechowywać. Ponieważ proces ten przebiega w stosunkowo niższych temperaturach w porównaniu z istniejącymi metodami wychwytywania węgla, energia wymagana w procesie jest zmniejszona. Można w nim ponownie rozpuścić stały sorbent woda i poddane recyklingowi w celu ponownego użycia.
Obecne technologie wychwytywania dwutlenku węgla wiążą się z wieloma uporczywymi problemami, takimi jak problemy z przechowywaniem, wysokie koszty energii itp. Podstawowym problemem jest stosowanie ciekłych sorbentów, które z czasem odparowują lub rozkładają się, a także wymagają co najmniej 60 procent całkowitej energii do ich ogrzania, co jest bardzo wysoki. Stały sorbent w obecnym badaniu przezwyciężył ograniczenia energetyczne, ponieważ CO2 jest wychwytywany ze skrystalizowanej stałej soli wodorowęglanowej, która wymagała o około 24 procent mniej energii. Nie było również strat sorbentu nawet po 10 kolejnych cyklach. To mniejsze zapotrzebowanie na energię może obniżyć koszty wychwytywania dwutlenku węgla, a gdy weźmiemy pod uwagę miliardy ton CO2, ta metoda może mieć duży wpływ, ponieważ emisje gazów cieplarnianych zostaną zerowe dzięki odpowiedniemu wychwytywaniu.
Ograniczeniem tego badania jest stosunkowo niska pojemność CO2 i szybkość absorpcji, co wynika z ograniczonej rozpuszczalności sorbentu BIG w woda. Naukowcy rozważają połączenie tradycyjnych rozpuszczalników, takich jak aminokwasy, z tymi DUŻYMI sorbentami, aby rozwiązać to ograniczenie. Obecny eksperyment przeprowadzono na małą skalę, w ramach którego ze gazów spalinowych usunięto 99% CO2. Proces wymaga dalszej optymalizacji, aby można go było zwiększyć w celu wychwytywania co najmniej tony CO2 każdego dnia i pochodzącego z różnych rodzajów emisji. Metoda musi skutecznie radzić sobie z zanieczyszczeniami zawartymi w emisjach. Ostatecznym celem technologii wychwytywania dwutlenku węgla byłoby bezpośrednie wychwytywanie CO2 z atmosfery przy użyciu niedrogiej i energooszczędnej metody.
***
{Możesz przeczytać oryginalną pracę naukową, klikając link DOI podany poniżej na liście cytowanych źródeł}
Źródło (s)
Williams N i in. 2019. Wychwytywanie CO2 za pomocą krystalicznych dimerów wodorowęglanowych wiązanych wodorem. Chem.
https://doi.org/10.1016/j.chempr.2018.12.025
