Ученые из Национальной лаборатории Ок-Риджа Министерства энергетики США нашли простой и надежный процесс улавливания углекислого газа непосредственно из атмосферного воздуха, предлагая новый вариант стратегий улавливания и хранения углерода для борьбы с глобальным потеплением.
Первоначально команда ORNL изучала методы удаления из воды загрязнителей окружающей среды, таких как сульфаты, хроматы или фосфаты. Чтобы удалить эти отрицательно заряженные ионы, исследователи синтезировали простое соединение, известное как гуанидин, которое прочно связывается с загрязняющими веществами и образует нерастворимые кристаллы, которые легко отделяются от воды.
«Когда мы оставили водный раствор гуанидина открытым на воздухе, начали формироваться красивые кристаллы, похожие на призмы», - сказал Раду Кустельчан из ORNL. «Проанализировав их структуру с помощью рентгеновской дифракции, мы были удивлены, обнаружив, что кристаллы содержат карбонат, который образуется, когда углекислый газ из воздуха реагирует с водой».
Десятилетия исследований привели к разработке стратегий по улавливанию и долгосрочному хранению углерода для уменьшения выработки или устранения выбросов двуокиси углерода электростанциями, удерживающего тепло парникового газа, способствующего глобальному повышению температуры. Стратегии улавливания и хранения углерода включают интегрированную систему технологий, которая собирает углекислый газ в месте выброса или непосредственно из воздуха, а затем транспортирует и хранит его в определенных местах.
Менее традиционный метод, который поглощает углекислый газ, уже присутствующий в атмосфере, называемый прямым захватом воздуха, находится в центре внимания исследования ORNL, описанного в этой статье, хотя его также можно использовать в точке, где происходит выброс углекислого газа.
После захвата углекислого газа его необходимо выпустить из соединения, чтобы газ можно было транспортировать, обычно по трубопроводу, и закачивать глубоко под землю для хранения. Традиционные материалы для прямого улавливания воздуха должны быть нагреты до 900 градусов Цельсия, чтобы выпустить газ - процесс, при котором часто выделяется больше углекислого газа, чем было удалено изначально. Разработанный ORNL гуанидиновый материал предлагает менее энергоемкую альтернативу.
«Благодаря нашему процессу мы смогли высвободить связанный углекислый газ, нагревая кристаллы до 80-120 градусов по Цельсию, что является относительно мягким по сравнению с существующими методами», - сказал Кастельчан. После нагревания кристаллы возвращались к исходному материалу гуанидина. Восстановленное соединение было повторно использовано в течение трех последовательных циклов улавливания и высвобождения углерода.
В то время как метод прямого улавливания воздуха набирает обороты, по словам Кустелчана, этот процесс нуждается в дальнейшем развитии и активном внедрении, чтобы быть эффективным в борьбе с глобальным потеплением. Кроме того, им необходимо лучше понять гуанидиновый материал и то, как он может принести пользу существующим и будущим приложениям по улавливанию и хранению углерода.
В настоящее время исследовательская группа изучает кристаллическую структуру и свойства материала с уникальными возможностями рассеяния нейтронов в источнике нейтронов расщепления ORNL (SNS), пользовательском центре Управления науки Министерства энергетики США. Анализируя связывание карбонатов в кристаллах, они надеются лучше понять молекулярный механизм захвата и выделения углекислого газа и помочь в разработке сорбентов следующего поколения.
Ученые также планируют оценить использование солнечной энергии в качестве устойчивого источника тепла для высвобождения связанного углекислого газа из кристаллов.