Процесс может работать на газе в любых концентрациях, от выбросов электростанции до выбросов в открытый воздух.
Новый способ удаления углекислого газа из потока воздуха может стать важным инструментом в борьбе с изменением климата. Новая система может работать с газом практически на любом уровне концентрации, вплоть до 400 частей на миллион, которые в настоящее время находятся в атмосфере.
Большинство методов удаления углекислого газа из потока газа требуют более высоких концентраций, например, те, которые обнаруживаются в выбросах дымовых газов электростанций, работающих на ископаемом топливе. Было разработано несколько вариантов, которые могут работать с низкими концентрациями в воздухе, но новый метод значительно менее энергоемкий и дорогостоящий, говорят исследователи.
Методика, основанная на прохождении воздуха через стопку заряженных электрохимических пластин, описана в новой статье в журнале Energy and Environmental Science, авторами которой являются постдоктор Сааг Воскян (MIT), разработавший эту работу во время защиты докторской степени, и профессор химии Ральф Ландау Т. Алан Хаттон.
Устройство представляет собой большой специализированный аккумулятор, который поглощает углекислый газ из воздуха (или другого потока газа), проходящего над его электродами во время зарядки, а затем высвобождает газ по мере его разрядки. В процессе эксплуатации устройство будет просто чередовать зарядку и выгрузку, при этом свежий воздух или питательный газ будет продуваться через систему во время цикла зарядки, а затем чистый, концентрированный углекислый газ будет продуваться во время разгрузки.
По мере заряда батареи происходит электрохимическая реакция на поверхности каждой из трубок электродов. Они покрыты составом, называемым полиантрахинон, который состоит из углеродных нанотрубок. Электроды обладают природным сродством к двуокиси углерода и легко реагируют со своими молекулами в воздушном потоке или питательном газе, даже если они присутствуют в очень низких концентрациях. Обратная реакция происходит при разряде аккумулятора, во время которого устройство может обеспечить часть энергии, необходимой для всей системы, и в процессе выбрасывает поток чистого углекислого газа. Вся система работает при комнатной температуре и нормальном давлении воздуха.
"Наибольшее преимущество этой технологии перед большинством других технологий улавливания или поглощения углерода заключается в бинарном характере сродства адсорбента к диоксиду углерода", - объясняет Воскян. Другими словами, электродный материал по своей природе "имеет либо высокое сродство, либо вообще не имеет сродства", в зависимости от состояния заряда или разряда батареи. Другие реакции, используемые для улавливания углерода, требуют промежуточных этапов химической обработки или расхода значительной энергии, такой как тепло или перепад давления.
"Все это происходит в условиях окружающей среды - нет необходимости в подаче тепла, давления или химикатов. Просто эти очень тонкие листы, с активной поверхностью обеих сторон, можно сложить в коробку и подключить к источнику электроэнергии". - Сааг Воскян
"Это бинарное сродство позволяет улавливать углекислый газ из любой концентрации, в том числе 400 частей на миллион, и выпускать его в любой поток-носитель, в том числе 100% CO2", - говорит Воскян. То есть, поскольку любой газ проходит через трубу этих плоских электрохимических элементов, на этапе высвобождения улавливаемый углекислый газ будет переноситься вместе с ним. Например, если конечным продуктом является чистый углекислый газ, используемый для газификации напитков, то поток чистого газа может быть продут через пластины. Улавливаемый газ затем высвобождается из пластин и присоединяется к потоку.
На некоторых заводах по розливу безалкогольных напитков ископаемое топливо сжигается, образуя углекислый газ, необходимый для разгорания напитков. Аналогичным образом, некоторые фермеры сжигают природный газ для производства двуокиси углерода, чтобы прокормить свои растения в теплицах. По словам Воскяна, новая система может устранить потребность в ископаемом топливе в этих приложениях, и в процессе ее применения парниковый газ будет выводиться из атмосферы. В качестве альтернативы поток чистого диоксида углерода может быть сжат и закачан под землю для долгосрочной утилизации или даже введен в топливо с помощью ряда химических и электрохимических процессов.
По его словам, процесс, используемый этой системой для улавливания и высвобождения углекислого газа, "революционен". "Все это происходит в условиях окружающей среды - нет необходимости в подаче тепла, давления или химикатов. Просто эти очень тонкие листы, с активной поверхностью обеих сторон, можно сложить в коробку и подключить к источнику электроэнергии".
"В моих лабораториях мы стремимся разрабатывать новые технологии для решения целого ряда экологических проблем, которые позволяют избежать необходимости использования источников тепловой энергии, изменения давления в системе или добавления химических веществ для завершения циклов разделения и высвобождения", - говорит Хаттон. "Эта технология улавливания диоксида углерода наглядно демонстрирует мощь электрохимических подходов, требующих лишь небольших колебаний напряжения для обеспечения сепарации".
"Это бинарное сродство позволяет улавливать углекислый газ из любой концентрации, включая 400 частей на миллион, и выпускать его в любой поток-носитель, включая 100% CO2". - Сааг Воскян
На работающей электростанции - например, на электростанции, где выхлопные газы производятся непрерывно, - два комплекта таких трубок электрохимических элементов могут быть установлены бок о бок для параллельной работы, причем дымовые газы сначала направляются на один комплект для улавливания углерода, затем отводятся на второй комплект, пока первый комплект находится в процессе разряда. Перемещаясь взад-вперед, система всегда может как улавливать, так и сбрасывать газ. В лаборатории команда исследователей доказала, что система способна выдержать не менее 7000 циклов зарядки-разрядки с потерей эффективности на 30 процентов за это время. По оценкам исследователей, они могут легко улучшить этот показатель до 20 000 - 50 000 циклов.
Сами электроды могут быть изготовлены стандартными методами химической обработки. По словам Воскяна, сегодня это делается в лабораторных условиях, но может быть адаптировано таким образом, чтобы в конечном итоге их можно было изготавливать в больших количествах с помощью технологии "рулон в рулон", аналогичной печатной машине для газет. "Мы разработали очень экономичные технологии, - говорит он, - оценивая, что она может быть произведена примерно за десятки долларов за квадратный метр электрода.
По сравнению с другими существующими технологиями улавливания углерода, эта система является достаточно энергоэффективной и использует примерно один гигаджоуль энергии на тонну улавливаемого диоксида углерода на постоянной основе. В других существующих методах потребление энергии варьируется от 1 до 10 гигаджоулей на тонну, в зависимости от концентрации углекислого газа на входе, говорит Воскян.
Исследователи создали компанию Verdox для коммерциализации этого процесса и надеются в ближайшие несколько лет создать опытную установку, говорит он. И систему очень легко масштабировать, говорит он: "Если вам нужно больше мощности, вам просто нужно сделать больше электродов".
Канал "Инфо-Тех" только самое интересное!!! Оставайтесь с нами !