Μια νέα μέθοδος δέσμευσης άνθρακα έχει επινοηθεί για τη δέσμευση του διοξειδίου του άνθρακα από τις εκπομπές ορυκτών καυσίμων
Οι εκπομπές θερμοκηπίου συμβάλλουν περισσότερο στην κλιματική αλλαγή. Οι εκπομπές κρίσιμων αερίων του θερμοκηπίου είναι αποτέλεσμα της εκβιομηχάνισης μεγάλης κλίμακας και της ανθρώπινης δραστηριότητας. Οι περισσότερες από αυτές τις εκπομπές θερμοκηπίου είναι από διοξείδιο του άνθρακα (CO2) από την καύση ορυκτών καυσίμων. Η συνολική συγκέντρωση CO2 στην ατμόσφαιρα έχει αυξηθεί κατά περισσότερο από 40 τοις εκατό από τότε που ξεκίνησε η εποχή της εκβιομηχάνισης. Αυτή η σταθερή αύξηση των εκπομπών θερμοκηπίου θερμαίνει το πλανήτης σε αυτό που ονομάζεται "υπερθέρμανση του πλανήτηκαθώς οι προσομοιώσεις σε υπολογιστή έχουν δείξει ότι οι εκπομπές είναι υπεύθυνες για την αύξηση της μέσης επιφανειακής θερμοκρασίας της γης με την πάροδο του χρόνου, υποδεικνύοντας την «κλιματική αλλαγή» λόγω αλλαγών στα πρότυπα βροχοπτώσεων, τη σφοδρότητα των καταιγίδων, τα επίπεδα της θάλασσας κ.λπ. Έτσι, η ανάπτυξη κατάλληλων τρόπων «παγίδευσης» «Το διοξείδιο του άνθρακα από τις εκπομπές είναι μια κρίσιμη πτυχή για την αντιμετώπιση της κλιματικής αλλαγής. άνθρακας Η τεχνολογία σύλληψης υπάρχει εδώ και δεκαετίες, αλλά πρόσφατα έχει αποκτήσει μεγαλύτερη εστίαση λόγω περιβαλλοντικών ανησυχιών.
Μια νέα μεθοδολογία δέσμευσης άνθρακα
Η τυπική διαδικασία του άνθρακας Η σύλληψη περιλαμβάνει την παγίδευση και το διαχωρισμό του CO2 από ένα αέριο μείγμα, στη συνέχεια τη μεταφορά του στην αποθήκευση και την αποθήκευσή του μακριά από την ατμόσφαιρα συνήθως υπόγεια. Αυτή η διαδικασία είναι πολύ ενεργοβόρα, περιλαμβάνει πολλά τεχνικά ζητήματα, κινδύνους και περιορισμούς, για παράδειγμα, υψηλή πιθανότητα διαρροής στο χώρο αποθήκευσης. Μια νέα μελέτη που δημοσιεύτηκε στο Chem περιγράφει μια πολλά υποσχόμενη εναλλακτική λύση για τη δέσμευση άνθρακα. Οι επιστήμονες στο Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ έχουν αναπτύξει μια μοναδική μέθοδο για την αφαίρεση του CO2 από σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής με καύση άνθρακα και αυτή η διαδικασία απαιτεί 24 τοις εκατό λιγότερη ενέργεια σε σύγκριση με τα σημεία αναφοράς που χρησιμοποιούνται σήμερα στη βιομηχανία.
Οι ερευνητές εργάστηκαν για τα φυσικά συμβάντα οργανικές ενώσεις που ονομάζονται δις-ιμινογουανιδίνες (BIGs) οι οποίες έχουν την ικανότητα να δεσμεύονται σε αρνητικά φορτισμένα ανιόντα όπως είδαμε σε προηγούμενες μελέτες. Θεώρησαν ότι αυτή η συγκεκριμένη ιδιότητα των BIG θα πρέπει να ισχύει και για διττανθρακικά ανιόντα. Έτσι τα BIG μπορούν να λειτουργήσουν σαν ροφητικό (μια ουσία που συλλέγει άλλα μόρια) και να μετατρέψουν το CO2 σε στερεό ασβεστόλιθο (ανθρακικό ασβέστιο). Το Soda lime είναι ένα μείγμα υδροξειδίων ασβεστίου και νατρίου που χρησιμοποιείται από αυτοδύτες, υποβρύχια και άλλα κλειστά περιβάλλοντα αναπνοής για να φιλτράρει τον εκπνεόμενο αέρα και να αποτρέψει οποιαδήποτε επικίνδυνη συσσώρευση CO2. Στη συνέχεια, ο αέρας μπορεί να ανακυκλωθεί πολλές φορές. Για παράδειγμα, τα rebreathers για αυτοδύτες τους δίνουν τη δυνατότητα να παραμείνουν υποβρύχιος για μεγάλο χρονικό διάστημα που διαφορετικά είναι αδύνατο.
Μια μοναδική μέθοδος που απαιτεί λιγότερη ενέργεια
Με βάση αυτή την κατανόηση ανέπτυξαν έναν κύκλο διαχωρισμού CO2 που χρησιμοποιούσε ένα υδατικό διάλυμα BIG. Στη συγκεκριμένη μέθοδο δέσμευσης άνθρακα πέρασαν καυσαέρια μέσω του διαλύματος που προκάλεσε μόρια CO2 να δεσμευτούν με BIG ροφητή και αυτή η δέσμευση θα τα κρυστάλλωνε σε ένα στερεό τύπο οργανικές ασβεστόλιθος. Όταν αυτά τα στερεά θερμάνθηκαν στους 120 βαθμούς Κελσίου, θα απελευθερωνόταν δεσμευμένο CO2 το οποίο θα μπορούσε στη συνέχεια να αποθηκευτεί. Δεδομένου ότι αυτή η διαδικασία λαμβάνει χώρα σε σχετικά χαμηλότερες θερμοκρασίες σε σύγκριση με τις υπάρχουσες μεθόδους δέσμευσης άνθρακα, η ενέργεια που απαιτείται για τη διαδικασία μειώνεται. Και, το στερεό ροφητικό θα μπορούσε να διαλυθεί ξανά νερό και ανακυκλώνονται για επαναχρησιμοποίηση.
Οι τρέχουσες τεχνολογίες δέσμευσης άνθρακα έχουν πολλά επίμονα προβλήματα όπως πρόβλημα αποθήκευσης, υψηλό κόστος ενέργειας κ.λπ. Το κύριο ζήτημα είναι η χρήση υγρών ροφητών που είτε εξατμίζονται είτε αποσυντίθενται με την πάροδο του χρόνου και επίσης απαιτούν τουλάχιστον το 60 τοις εκατό της συνολικής ενέργειας για τη θέρμανση τους, κάτι που είναι πολύ υψηλός. Το στερεό ροφητικό στην τρέχουσα μελέτη ξεπέρασε τον ενεργειακό περιορισμό επειδή το CO2 δεσμεύεται από ένα κρυσταλλωμένο στερεό διττανθρακικό άλας που απαιτούσε περίπου 24 τοις εκατό λιγότερη ενέργεια. Επίσης, δεν υπήρξε απώλεια ροφητή ακόμη και μετά από 10 διαδοχικούς κύκλους. Αυτή η χαμηλότερη ανάγκη για ενέργεια μπορεί να μειώσει το κόστος δέσμευσης άνθρακα και όταν λαμβάνουμε υπόψη δισεκατομμύρια τόνους CO2, αυτή η μέθοδος μπορεί να είναι πολύ επιδραστική καθιστώντας μηδενικές τις εκπομπές θερμοκηπίου μέσω της κατάλληλης δέσμευσης.
Ένας περιορισμός αυτής της μελέτης είναι η σχετικά χαμηλή ικανότητα και ρυθμός απορρόφησης CO2 που οφείλεται στην περιορισμένη διαλυτότητα του BIG ροφητή νερό. Οι ερευνητές εξετάζουν τον συνδυασμό παραδοσιακών διαλυτών όπως τα αμινοξέα σε αυτά τα BIG ροφητικά για να αντιμετωπίσουν αυτόν τον περιορισμό. Το τρέχον πείραμα έχει γίνει σε μικρή κλίμακα κατά την οποία το 99 τοις εκατό CO2 αφαιρέθηκε από τα καυσαέρια. Η διαδικασία πρέπει να βελτιστοποιηθεί περαιτέρω, ώστε να μπορεί να κλιμακωθεί ώστε να δεσμεύει τουλάχιστον έναν τόνο CO2 κάθε μέρα και από οποιουσδήποτε διαφορετικούς τύπους εκπομπών. Η μέθοδος πρέπει να είναι στιβαρή στον χειρισμό των μολύνσεων στις εκπομπές. Ο απώτερος στόχος μιας τεχνολογίας δέσμευσης άνθρακα θα ήταν η άμεση δέσμευση CO2 από την ατμόσφαιρα χρησιμοποιώντας μια οικονομικά προσιτή και ενεργειακά αποδοτική μέθοδο.
***
{Μπορείτε να διαβάσετε την αρχική ερευνητική εργασία κάνοντας κλικ στον σύνδεσμο DOI που δίνεται παρακάτω στη λίστα των αναφερόμενων πηγών}
Πηγές)
Williams N et al. 2019. Λήψη CO2 μέσω κρυσταλλικών διμερών διττανθρακικών δεσμών υδρογόνου. Chem.
https://doi.org/10.1016/j.chempr.2018.12.025
