211service.com
Lepší způsob, jak zachytit uhlík
Výzkumníci vyvinuli porézní materiály, které mohou absorbovat 80násobek svého objemu oxidu uhličitého, což nabízí lákavou možnost, že by skleníkový plyn mohl být levně vyčištěn z komínů elektráren. Poté, co byl oxid uhličitý absorbován novými materiály, mohl být uvolněn změnami tlaku, stlačen a nakonec přečerpán do podzemí pro dlouhodobé skladování.
Krystaly zachycující uhlík: Toto je optický mikrosnímek nového materiálu, který dokáže vytáhnout oxid uhličitý z proudu plynů, což umožňuje izolovat skleníkový plyn.
Takové zachycování a sekvestrace oxidu uhličitého by mohlo být zásadní pro snížení emisí skleníkových plynů, zejména v zemích, jako jsou Spojené státy, které jsou silně závislé na uhlí jako elektřina. První fáze, zachycování uhlíku, je obzvláště důležitá, protože může představovat 75 procent celkových nákladů, podle ministerstva energetiky .
Nové materiály, popsané tento týden v Věda , byly vytvořeny výzkumníky z UCLA pod vedením Omar Yaghi chemik známý výrobou materiálů se složitými mikroskopickými strukturami. Absorbují velké množství oxidu uhličitého, ale neabsorbují jiné plyny.
Techniky pro zachycování oxidu uhličitého z komínů již existují, ale podle jednoho odhadu využívají velké množství energie – 15 až 20 procent celkového elektrického výkonu elektrárny, říká Yaghi. Je to proto, že stávající materiály, známé jako aminy, je třeba zahřát, aby se uvolnil oxid uhličitý, který absorbovaly. Zachycování a stlačování oxidu uhličitého prostřednictvím těchto stávajících metod může skutečně zvýšit náklady na výrobu elektřiny z uhlí o 80 až 90 procent, říká Thomas Feeley, projektový manažer Národní laboratoř energetických technologií .
Feeley říká, že materiály Yaghi jsou ve srovnání s jinými experimentálními materiály, které pohlcují oxid uhličitý, vyvíjeny, aby pomohly tyto náklady snížit. Yaghi říká, že jeho materiály by mohly výrazně snížit náklady, protože spotřebují méně energie, ačkoli přesně kolik bude vyžadovat testování materiálů v elektrárnách.
Kromě toho, že jsou potenciálně užitečné v komínech, mohou být materiály použity v zařízeních na zplyňování uhlí. V těchto závodech se uhlí nejprve zpracovává na směs oxidu uhličitého a plynného vodíku. Vodík se pak používá k výrobě elektřiny. Oxid uhličitý by mohl být zachycen pomocí rozpouštědla, které zvyšuje spotřebu energie. Ale stejně jako v procesu založeném na komínech by nové materiály UCLA mohly vyžadovat méně energie.
Materiály patří do třídy nazývané zeolitické imidazolátové struktury (ZIF). Jsou vyrobeny z atomů kovů přemostěných jednou z řady organických molekul ve tvaru kruhu nazývaných imidazoláty. Před Yaghiho výzkumem bylo v průběhu 12 let vyvinuto 24 typů ZIF. Yaghi vyrobil 25 nových verzí za pouhé tři měsíce. Tyto materiály mohou být extrémně univerzální, protože atomy kovů mohou působit jako silné katalyzátory a organické molekuly mohou sloužit jako kotvy pro řadu funkčních molekul.
Proliferace ZIF: Nové automatizované techniky umožňují výzkumníkům rychle syntetizovat desítky nových materiálů nazývaných zeolitické imidazolátové rámce (ZIF). Kredit: Omar Yaghi
Nové materiály částečně absorbují oxid uhličitý, protože jsou extrémně porézní, což jim dává velký povrch, který může přijít do kontaktu s molekulami oxidu uhličitého. Nejporéznější z materiálů, ve kterých Yaghi hlásí Věda obsahují téměř 2 000 metrů čtverečních plochy zabalené do jednoho gramu materiálu. Jeden litr jednoho z materiálů Yaghi dokáže uložit všechny molekuly oxidu uhličitého, které by při nule °C a okolním tlaku zabíraly objem 82,6 litrů.
Zatímco přesné mechanismy nejsou plně pochopeny, Yaghi si myslí, že mírně negativní náboj organických molekul v jeho materiálu přitahuje molekuly oxidu uhličitého, které mají mírně pozitivní náboj. V důsledku toho se oxid uhličitý drží na místě, zatímco jiné plyny se pohybují materiálem. Tato metoda zachycování oxidu uhličitého je lepší než některé jiné metody, protože nezahrnuje silné kovalentní vazby, takže uvolnění plynu nevyžaduje mnoho energie.
Dalším krokem pro materiály je komercializace. To znamená zvýšit výrobu a začlenit materiály do systému v elektrárně, například balením materiálů do kanystrů, které lze naplnit stlačenými výfukovými plyny – něco, co by podle skupiny UCLA mohlo být možné za dva až tři roky. Yaghi odhaduje, že tyto materiály by se daly snadno vyrábět ve velkém množství, protože jsou podobné jiným materiálům, které vyvinul a které lze nyní vyrábět po tunách. BASF , obří chemická společnost. Nyní je to v rukou průmyslu, říká Yaghi. A vyvinul automatizované techniky, které by mohly vést k většímu množství materiálů, které by mohly mít ještě lepší vlastnosti.