Как снизить выбросы углекислого газа в промышленности

Исследователи из Национальной лаборатории Ок-Риджа Министерства энергетики и Университета штата Теннесси, Ноксвилл, занимаются разработкой материалов для газовых мембран, чтобы расширить практические технологические возможности для сокращения выбросов углерода в промышленности.

Результаты, опубликованные в Chem, демонстрируют метод изготовления мембранных материалов, который может преодолеть существующие узкие места в селективности и проницаемости — ключевых переменных, которые определяют эффективность улавливания углерода в реальных условиях.

«Часто существует компромисс между тем, насколько избирательно или проницаемо можно сделать мембраны, которые отфильтровывают углекислый газ, не пропуская другие газы. Идеальным сценарием является создание материалов с высокой проницаемостью и селективностью», — сказал Чжэньчжэнь Ян из химического факультета UT.

Газовые мембраны являются многообещающей, но все еще развивающейся технологией для сокращения выбросов после сжигания или дымовых газов, производимых ископаемыми отраслями.

Концепция проста: тонкая пористая мембрана действует как фильтр для смесей выхлопных газов, избирательно позволяя углекислому газу или CO2 свободно протекать в коллектор, в котором поддерживается пониженное давление, но предотвращается кислород, азот и другие газы.

В отличие от существующих химических методов улавливания CO2 в промышленных процессах, мембраны просты в установке и могут работать в течение длительного времени без каких-либо дополнительных операций или дополнительных затрат энергии. Суть в том, что новые, экономически эффективные материалы необходимы для расширения технологии для коммерческого внедрения.

«Газовые мембраны нуждаются в давлении с одной стороны и, как правило, в вакууме с другой, чтобы поддерживать среду свободного потока, поэтому селективность и проницаемость материалов так важны для разработки технологии», — сказал Илья Попов из Отдела химических наук ORNL. «Неэффективные материалы требуют больше энергии для проталкивания газов через систему, поэтому современные материалы являются ключом к снижению затрат на электроэнергию».

Никакие природные и только несколько синтетических материалов не превысили так называемый верхний предел Робсона, известную границу, которая ограничивает, насколько селективными и проницаемыми могут быть большинство материалов до того, как эти показатели начинают падать.

Материалы с достаточно высокой селективностью и проницаемостью для эффективного разделения газа редки и часто изготавливаются из дорогих исходных материалов, производство которых требует либо длительного и утомительного синтеза, либо дорогостоящих катализаторов на основе переходных металлов.

«Мы решили проверить гипотезу о том, что введение атомов фтора в мембранные материалы может улучшить характеристики улавливания и отделения углерода», — сказал Ян.

Элемент фтор, используемый для производства потребительских товаров, таких как тефлон и зубная паста, обладает свойствами двуокиси углерода, что делает его привлекательным для применения с улавливанием углерода. Он также широко доступен, что делает его относительно доступным вариантом для недорогих методов изготовления. Исследования по фторсодержащим газовым мембранам были ограничены из-за фундаментальных проблем включения фтора в материалы для реализации его углеродо-любящей функциональности.

«Нашим первым шагом было создание уникального полимера на основе фтора с использованием простых химических методов и коммерчески доступных исходных материалов», — сказал Ян.

Источник

Метки: углекислый газ