Новый вид батареи, удаляющей углекислый газ из воздуха? - Sciworthy | Журнал "Вольт"
Чт. Ноя 26th, 2020


Инициативы по улавливанию углерода (CCI) – это технологии, которые отфильтровывают CO2 от газов до того, как они достигнут атмосферы. Существуют серьезные научные доказательства того, что CO2 выбросы в результате деятельности человека вызывают повышение средней глобальной температуры, иначе известное как изменение климата. По этой причине технология удаления углерода из атмосферы называется улавливание углерода, привлекает все большее внимание со стороны правительств и инвесторов по всему миру.

Это глобальный углеродный цикл, чтобы показать вам, откуда появился весь этот углерод. Источник: Wikimedia Commons | Нажмите, чтобы увеличить

Есть несколько существующих улавливателей углерода методы, которые используют различные давления, температуры и мембраны для фильтрации CO2… Существуют также методы, включающие химическую реакцию, известную как очистка растворителем… Все эти методы сложно масштабировать, они требуют много энергии и не позволяют создавать сложные конструкции, что затрудняет их внедрение в существующие устройства. Кроме того, большинство из них предназначены для крупномасштабного сжигания и других промышленных паров, которые производят газы с CO.2 концентрации выше 10%.

Исследователи Сааг Воскиан и Т. Алан Хаттон из Массачусетского технологического института разработали революционно новую технику улавливания углерода, названную «электро-качанием-поглощением» (ESA), которая решает многие из этих существующих проблем. Они создали специализированный аккумулятор, поглощающий CO.2 из воздуха, когда он проходит через устройство. Помимо изучения этого устройства, они планируют коммерциализировать процесс через свою стартап-компанию Verdox.

В батарее используются новые материалы, из которых состоят катод (отрицательный электрод) и анод (положительный электрод). Исследователи построили их из крошечных частиц, называемых углеродными нанотрубками. Они покрыли анод химическим веществом на основе железа, которое называется ферроцен и катод с химическим веществом на полимерной основе, называемым полиантрахинон… Они сложили их вместе в слои с каналами, чтобы газ мог течь между ними. Исследователи проанализировали давление потока воздуха, который они пропускали через устройство во время зарядки и разрядки, чтобы проверить способность поглощать CO.2… Эксперименты были повторены для различных CO2 концентрации для имитации выхлопных газов и различных типов окружающего воздуха и определения эффективности фильтрации.

При зарядке обнаружили CO2 молекулы связываются с поверхностью катода посредством химического процесса, известного как восстановление. При восстановлении молекула CO2 получает два дополнительных электрона («уменьшая» заряд на атоме углерода) и присоединяет их к цепи полимерного полиантрахинона. При разрядке сообщили обратное. Вместо этого реакция окисления высвободила связанный CO2 молекулы из полимера. Это важно, чтобы устройство могло улавливать новый CO.2 на следующем цикле заряда-разряда. Во время разряда аккумулятор может обеспечить часть первоначальной энергии, необходимой для процесса зарядки. Это снижает энергопотребление процесса заряда / разряда.

Вот как окисление и восстановление работают на атомном уровне. На самом деле это просто электроны, проходящие туда и обратно. Источник: Astrobio.net

Когда две из этих ячеек были связаны вместе для одновременного выполнения восстановления и окисления, это уменьшило время ожидания между циклами. По мере разгрузки ячейки окисления выхлопной поток, содержащий CO2 может подаваться в восстановительную ячейку для поглощения CO2. Кроме того, чистый CO2 выпущенный может быть использован для снабжения других отраслей. Примеры включают источник газированных напитков или фермеров, которые добавляют CO.2 в свои теплицы, чтобы максимизировать рост урожая. В качестве альтернативы CO2 могут храниться в компрессионных баках или закапывании CO2 под землей, поэтому он не достигает атмосферы. Это предотвращает CO2 от попадания в атмосферу.

CO2 можно улавливать и использовать для производства газированных напитков. Источник: Pxhere

Эта батарея, улавливающая углерод, уникальна тем, что она может переключаться между поглощением и выделением CO.2… Другие методы улавливания углерода требуют значительного количества времени, химической обработки или энергии для регенерации, прежде чем они смогут абсорбировать CO2 еще раз. Устройство обладает высокой масштабируемостью и может иметь разные формы и размеры, требуя только источника питания. Исследователи обнаружили, что эта технология была довольно долговечной, выдерживая более 7000 циклов с потерей менее 30% способности поглощать CO.2… Устройство эффективно поглощает CO2 при концентрациях всего 0,8%, аналогично уровням, ожидаемым для вентиляции замкнутых жилых помещений, таких как космические модули, подводные лодки и здания.

Исследователи провели предварительный финансовый анализ своей технологии и пришли к выводу, что устройство может быть экономически целесообразным для промышленности. Стоимость колебалась от 50 до 100 долларов за тонну CO.2 в зависимости от исходной концентрации CO2 поступающих и рассматриваемых приложений.

Несмотря на то, что существует глобальная тенденция к сокращению сжигания ископаемого топлива, их сжигание будет продолжаться еще долгое время, будь то химическая, фармацевтическая или транспортная промышленность. Таким образом, в Парижском соглашении 2015 г. особо подчеркивается необходимость использования СО.2– восстановительная технология. Эффективность конструкции и масштабируемость системы улавливания углерода ESA дает значительный потенциал для поддержки устойчивой экономики.



Source link

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *