Reakcja łańcuchowa, aby oszczędzić powietrze

Anonim

Dwanaście miliardów ton dwutlenku węgla wyrzuca powietrze każdego roku z elektrowni spalających węgiel, ropę naftową i gaz ziemny na całym świecie. Popyt na energię rośnie.

Potrzeba generowania większej mocy elektrycznej może prowadzić w dwóch kierunkach, a oba dokładnie ogromne koszty. Elektrownie mogą nadal emitować duże ilości gazów cieplarnianych lub mogą stosować technologie wychwytywania dwutlenku węgla w celu wychwytywania i pochłaniania części CO2 z emisji, ale w wielkim wydatku.

Setki - być może tysiące uniwersyteckich i komercyjnych centrów badawczych testują nowe materiały i nowatorskie projekty inżynieryjne, aby skuteczniej wychwytywać CO2, zanim dotrze on do komina elektrowni.

W zeszłym roku, w prestiżowym czasopiśmie Nature, Jeffrey Long, profesor chemii i inżynierii chemicznej i biomolekularnej, zgłosił opracowanie nowego materiału, który może wychwytywać i uwalniać CO2 w niższej temperaturze i znacznie większej objętości niż współczesne technologie..

Zbudowany na tyle, aby można go było wykorzystać w elektrowni, spowodowałby 95% emisji CO2 z strumieni energii z elektrowni, a jednocześnie zaoszczędziłby aż 50% na kosztach energii.

Podobnie jak w nielicznych elektrowniach, w których obecnie testowane jest wychwytywanie dwutlenku węgla, dwutlenek węgla odprowadzany z emisji byłby następnie wstrzykiwany pod podziemną sekwestrację lub przechowywany i sprzedawany do zastosowań przemysłowych.

W tym roku, dzięki wsparciu z programu Bakar Fellows, laboratorium Jeffreya rozpoczęło prace nad wydajną syntezą nowego materiału na dużą skalę, aby uczynić go praktyczną formą granulatu i potwierdzić znacznie zwiększoną wydajność wychwytywania CO2 w realistycznych warunkach spalin.

"Niestety, teraz musimy robić wychwytywanie CO2, co stało się naprawdę przerażającym problemem" - mówi Long.

Obecne technologie wychwytują CO2 w cieczy zawierającej aminy - cząsteczki organiczne zbudowane z atomów azotu silnie przyciągających cząsteczki CO2. Zespół Longa zdecydował się naśladować tę podstawową strukturę, ale w postaci stałej proszku, ponieważ zabiera znacznie mniej ciepła, aby uwolnić gazy z porowatego ciała stałego niż z cieczy.

Udoskonalili kompozycję, aby stworzyć nową konfigurację molekularną, która powoduje wzrost absorpcji i uwalniania CO2, co przekłada się na znacznie większą wydajność. W pewnych temperaturach cząsteczki CO2 odlatują jeden po drugim, odejście każdej cząsteczki wywołujące chemiczną zmianę w strukturze, która uwalnia następną cząsteczkę CO2 w reakcji łańcuchowej, którą Long nazywa wspólną adsorpcją.

Układ atomów w materiale naturalnie tworzy por w centrum. Sąsiadujące cząsteczki CO2 przyklejają się do ściany porów i łączą się, tworząc

ciągły łańcuch biegnący wzdłuż krawędzi porów podobnych do tunelu. Pozwala to na szybkie wypuszczenie CO2 po uwolnieniu - potencjalnie do magazynu zamiast do kanału dymowego.

Dwie unikalne cechy wychwytują, a następnie uwalniają CO2 ze znacznie mniejszą ilością ciepła.

"To długa droga od badań podstawowych do zastosowań komercyjnych" - mówi Long. "W pełni rozwinięte elektrownie są prawie niezrozumiale duże, ale powiedziałbym, że nasz materiał jest pierwszym przykładem tej spółdzielczej adsorpcji, nikt wcześniej tego nie widział".

Długo relacjonował wstępne wyniki badań w 2012 r., A dwa lata później założył firmę Mosaic Materials z dwoma byłymi absolwentami, aby podjąć pierwsze kroki na długiej drodze do komercjalizacji technologii, wysiłek nabiera teraz rozpędu dzięki wsparciu ze strony Program Bakar Fellows.

Wytworzenie niezwykłych właściwości nowego białego sproszkowanego materiału było naprawdę nieoczekiwane, mówi. "Chcieliśmy stworzyć stały adsorbent zamiast konwencjonalnej cieczy, ponieważ ciało stałe może wykonywać pracę przy mniejszym zużyciu ciepła, wprowadziliśmy modyfikacje typowej kompozycji, i akurat stało się, że odstępy były odpowiednie dla tej reakcji łańcuchowej. efekt."

Thomas McDonald, ówczesny absolwent laboratorium Longa, a obecnie dyrektor generalny Mosaic Material, dokonał tego odkrycia i poszedł dalej, aby znaleźć mechanizm reakcji łańcuchowej. Ponieważ opracowywanie nowego materiału na pełną skalę komercyjną jest tak wymagające, zespół robi to krok po kroku. Marynarka wojenna obsługuje niektóre z obecnych prac Mosaic. Wojsko szuka lepszego sposobu na wyszukanie wysokiego poziomu wydychanego CO2 na okrętach podwodnych.

Opracowanie nowego materiału o właściwościach jeszcze większych niż oczekiwano, to dreszczyk emocji, mówi Long, ale ceni sobie premię realną.

"Interesuje mnie próba zrobienia czegoś z naszą nauką, która mogłaby faktycznie pomóc planecie, pomaga to, że ta możliwość naprawdę wyzwala niektórych bardzo błyskotliwych uczniów, którzy przyjeżdżają do Berkeley na badania doktoranckie."

menu
menu