Используя технологию, основанную на влажности, исследователи обнаружили несколько новых ионов, которые способствуют низкоэнергетической секвестрации углерода.
Несмотря на то, что мир постепенно начинает декарбонизировать промышленные процессы, достижение более низких концентраций углерода в атмосфере требует технологий, которые удаляют существующий углекислый газ из атмосферы, а не просто предотвращают его создание.
Типичный метод улавливания углерода улавливает CO 2 непосредственно из источника углеродоемкого процесса. С другой стороны, улавливание углерода из окружающей среды, или « прямое улавливание углерода » (DAC), может извлекать углерод из типичных условий окружающей среды и служить одним из орудий в борьбе с изменением климата , особенно по мере того, как зависимость от ископаемого топлива начинает уменьшаться, и с Это необходимость улавливания углерода в точках источника.
Новое исследование Северо-Западного университета показывает новый подход к улавливанию углерода из условий окружающей среды, который рассматривает взаимосвязь между водой и углекислым газом в системах для использования в технологии «колебаний влажности», которая улавливает CO 2 при низкой влажности и высвобождает его при высокой. влажность. Этот подход включает в себя инновационные кинетические методологии и разнообразие ионов, что позволяет удалять углерод практически из любого места.
Исследование было опубликовано сегодня (3 октября) в журнале Environmental Science & Technology .
«Мы не только расширяем и оптимизируем выбор ионов для улавливания углерода, но также помогаем раскрыть фундаментальные основы сложных взаимодействий жидкости с поверхностью», — сказал Винаяк П. Дравид из Northwestern, старший автор исследования. «Эта работа расширяет наше коллективное понимание DAC, а наши данные и анализ дают мощный стимул сообществу, как теоретикам, так и экспериментаторам, к дальнейшему улучшению улавливания углерода в практических условиях».
Дравид — профессор материаловедения и инженерии имени Абрахама Харриса в Инженерной школе Маккормика Северо-Западного университета и директор глобальных инициатив Международного института нанотехнологий. Кандидат наук. Студенты Джон Хегарти и Бенджамин Шиндел были соавторами статьи.
Шиндел сказал, что идея статьи возникла из-за желания использовать условия окружающей среды для облегчения реакции.
«Нам понравилось улавливание углерода при колебаниях влажности, потому что оно не требует определенных затрат энергии», — сказал Шиндел. «Несмотря на то, что для увлажнения определенного объема воздуха требуется некоторое количество энергии, в идеале вы могли бы получить влажность «бесплатно», энергетически, полагаясь на окружающую среду, в которой есть естественные сухие и влажные резервуары воздуха близко друг к другу».
Группа также увеличила количество ионов, используемых для обеспечения возможности реакции.
«Мы не только удвоили количество ионов, которые демонстрируют желаемый захват углерода в зависимости от влажности, мы также открыли самые эффективные системы», — сказал Джон Хегарти.
В последние годы набирает обороты улавливание колебаний влажности. Традиционные методы улавливания углерода используют сорбенты для улавливания CO 2 в точках источника, а затем используют тепло или создаваемый вакуум для высвобождения CO 2 из сорбента. Это связано с высокими затратами энергии.
«Традиционный метод улавливания углерода прочно удерживает CO 2 , а это означает, что для его высвобождения и повторного использования требуется значительная энергия», — сказал Хегарти.
По словам Шиндела, это также работает не везде. Например, сельское хозяйство, производители бетона и стали вносят основной вклад в выбросы, но занимают большие площади, что делает невозможным улавливание углерода из одного источника.
Шиндел добавил, что более богатые страны должны попытаться снизить выбросы ниже нуля, поскольку развивающиеся страны, которые больше полагаются на углеродную экономику, сокращают производство CO2 .
Другой старший автор, профессор химии Омар Фарха, имеет опыт изучения роли структур металлооксидного каркаса (MOF) для различных применений, включая улавливание и секвестрацию CO 2 .
«DAC — это сложная и многогранная проблема, требующая междисциплинарного подхода», — сказал Фарха. «Что я ценю в этой работе, так это подробные и тщательные измерения сложных параметров. Любой предлагаемый механизм должен объяснять эти сложные наблюдения».
Исследователи в прошлом сосредоточили внимание на ионах карбоната и фосфата, чтобы облегчить улавливание колебаний влаги, и выдвинули конкретные гипотезы, объясняющие, почему эти конкретные ионы эффективны. Но команда Дравида хотела протестировать более широкий спектр ионов, чтобы увидеть, какие из них наиболее эффективны. В целом, они обнаружили, что ионы с самой высокой валентностью — в основном фосфаты — были наиболее эффективными, и начали сокращать список поливалентных ионов, исключая некоторые, а также находить новые ионы, которые подходят для этого применения, включая силикат и борат.
Команда считает, что будущие эксперименты в сочетании с компьютерным моделированием помогут лучше объяснить, почему одни ионы более эффективны, чем другие.
Уже есть компании, работающие над коммерциализацией прямого улавливания углерода в воздухе , используя углеродные кредиты, чтобы стимулировать компании компенсировать свои выбросы. Многие из них улавливают углерод , который уже был бы уловлен в результате такой деятельности, как изменение методов ведения сельского хозяйства, тогда как этот подход однозначно улавливает CO 2 непосредственно из атмосферы, где он затем может быть сконцентрирован и, в конечном итоге, сохранен или использован повторно.
Команда Дравида планирует интегрировать такие материалы, улавливающие CO 2 , со своей более ранней платформой из пористой губки , которая была разработана для удаления токсинов из окружающей среды, включая нефть, фосфаты и микропластик.
Теги: пластик, экология, энергия
