Международная группа под руководством исследователя-химика из Орегонского государственного университета обнаружила лучший способ удаления углекислого газа из выбросов дымовых труб, что может стать ключом к смягчению последствий глобального изменения климата.
Выводы, опубликованные сегодня в журнале Nature, важны, поскольку CO2 в атмосфере увеличился на 40 процентов с начала индустриальной эпохи, что в значительной степени способствовало потеплению планеты.
Кириакос Стилианоу из Научного колледжа OSU и его коллеги из Федеральной политехнической школы Лозанны, Университета Хериота-Ватта в Шотландии, Университета Оттавы и Университета Гранады в Испании использовали интеллектуальный анализ данных в качестве трамплина для дайвинга. в ключевую задачу: справиться с водяной частью дымовых газов, которая значительно усложняет удаление CO2
Интеллектуальный анализ данных включал сотни тысяч наноматериалов, известных как металлоорганические каркасы, обычно сокращенно MOF. MOF обладают способностью перехватывать путем адсорбции молекулы CO2, когда дымовые газы выходят из дымовой трубы.
Дымовые газы можно осушать, но это увеличивает затраты на процесс улавливания CO2.
«Существует бесчисленное количество структурно и химически различных MOF, но проблема с большинством из них заключается в том, что они плохо работают при испытаниях с реальными дымовыми газами», - сказал Стилианоу. «Вода в дымовых газах конкурирует с CO2 за одни и те же центры адсорбции, что означает, что эти MOF не очищают избирательно, как мы того хотим».
Просеивая более 325 000 MOF в цифровой библиотеке, ученые определили различные типы сайтов связывания CO2, которые они назвали «адсорбафорами», которые сохранят свою селективность. в присутствии воды.
Затем в лаборатории докторант Стилианоу, Арунрадж Чидамбарам, изготовил два MOF, содержащих гидрофобный водоотталкивающий адсорбофор, состоящий из двух ароматических ядер, и протестировал их. Ученые обнаружили, что мало того, что эффективность разделения MOF не зависит от воды, они также превзошли некоторые материалы для удаления CO2, представленные в настоящее время на рынке, такие как активированный уголь и цеолит 13X.
«Мы перешли от проектирования к синтезу и применению», - сказал Стилианоу. «Мы использовали вычисления, чтобы обнаружить активные сайты для улавливания CO2. MOF работали оптимально для улавливания CO2 с дымовыми газами, потому что эти MOF имеют два разных сайта. в их структурах; один для воды и один для CO2, и, следовательно, молекулы CO2 и воды не конкурируют друг с другом.
Дальнейшие исследования, добавил он, будут посвящены масштабированию: как изготовить и протестировать MOF в масштабе, необходимом для масштабных задач, связанных с промышленными выбросами CO2.
По данным Национального управления атмосферы и океанов, средняя глобальная концентрация углекислого газа в атмосфере в 2018 году составила 407,4 частей на миллион, что выше, чем когда-либо за последние 800 000 лет.
Ископаемое топливо, такое как уголь и нефть, содержит углерод, который растения вытягивают из атмосферы посредством фотосинтеза на протяжении миллионов лет. Тот же самый углерод теперь возвращается в атмосферу в течение сотен лет, потому что ископаемое топливо сжигается для получения энергии, в том числе на заводах и других крупных промышленных объектах.
Годовой темп увеличения содержания CO2 в атмосфере за последние шесть десятилетий примерно в 100 раз выше, чем увеличение, вызванное естественными причинами, такими как те, которые произошли после последнего льда возраст более 10 000 лет назад, по данным NOAA.
В отличие от кислорода или азота, которые составляют большую часть атмосферы, парниковые газы поглощают тепло и постепенно отдают его с течением времени. В отсутствие этих парниковых газов среднегодовая температура на планете была бы ниже нуля, а не около 60 градусов по Фаренгейту, но слишком высокий уровень парниковых газов приводит к несбалансированности энергетического баланса Земли.
Министерство энергетики США, Министерство бизнеса, энергетики и промышленной стратегии Соединенного Королевства, Федеральное управление энергетики Швейцарии, Швейцарский национальный научный фонд, Европейский исследовательский совет, Национальный центр научных исследований Швейцарии, Это исследование поддержали Европейский Союз и Центр разделения газов, имеющих отношение к чистой энергии.