Ученые из Национальной лаборатории Ок-Риджа (ORNL) Министерства энергетики разработали процесс, который удаляет CO2 из выбросов угольных электростанций способом, аналогичным как натронная известь работает в ребризерах для подводного плавания. Их исследование, опубликованное 31 января в журнале Chem, предлагает альтернативную, но более простую стратегию улавливания углерода и требует на 24% меньше энергии, чем эталонные промышленные решения.
Натронная известь представляет собой твердую не совсем белую смесь гидроксидов кальция и натрия, используемую в аквалангах, подводных лодках, анестезиологических и других закрытых дыхательных средах для предотвращения ядовитого накопления CO2газ. Смесь действует как сорбент (вещество, которое собирает другие молекулы), превращаясь в карбонат кальция (известняк) по мере накопления CO2 CO2 команды ORNLскруббер работает по существу так же, как и при очистке богатых CO2 дымовых газов, выделяемых угольными электростанциями, хотя их целью не всегда было продвижение технологии улавливания углерода.
«Изначально мы наткнулись на это исследование случайно», - говорит старший автор Раду Кустельчан, научный сотрудник ORNL.
Кустельчан и его команда недавно «заново открыли» класс органических соединений, называемых бис-иминогуанидинами (БИГ), о которых впервые сообщили немецкие ученые на рубеже 20-го века и которые недавно были отмечены за их способность избирательно связывать анионы. (отрицательно заряженные ионы). Члены группы поняли, что способность соединений связывать и разделять анионы может быть применена к анионам бикарбоната, что привело их к разработке цикла разделения CO2 с использованием водного раствора BIG. В их методе улавливания углерода дымовой газ барботируется через раствор, в результате чего молекулы CO2 прилипают к БОЛЬШОМУ сорбенту и кристаллизуются в своего рода органический известняк. Затем это твердое вещество можно отфильтровать от раствора и нагреть при 120°C, чтобы высвободить CO2, чтобы его можно было отправить на постоянное хранение. Затем твердый сорбент можно растворить в воде и использовать в процессе неограниченное количество раз.
Современные технологии улавливания углерода имеют серьезные недостатки. Многие используют жидкие сорбенты, которые со временем испаряются или разлагаются и требуют, чтобы более 60% энергии регенерации тратилось на нагрев сорбента. Поскольку их подход включает улавливание CO2 в виде кристаллизованной бикарбонатной соли и высвобождение его из твердого состояния вместо нагревания жидкого сорбента, технология команды ORNL позволяет обойти эти проблемы. Их способ улавливания углерода требует на 24% меньше энергии, чем стандартные промышленные сорбенты. Кроме того, после десяти последовательных циклов потери сорбента практически не наблюдалось.
«Основное преимущество нашей «органической натронной извести» заключается в том, что ее можно регенерировать при гораздо более низких температурах и со значительно меньшим потреблением энергии по сравнению с неорганическими скрубберами», - говорит Кастельчан. «Ожидается, что более низкая энергия, необходимая для регенерации, значительно снизит стоимость улавливания углерода, что имеет решающее значение, учитывая, что каждый год необходимо улавливать миллиарды тонн CO2, чтобы оказать ощутимое воздействие. о климате.
Хотя это все еще находится на ранних стадиях, Кустелчан и его команда считают, что процесс в конечном итоге станет масштабируемым. Тем не менее, у этого метода есть проблемы, с которыми приходится бороться - его относительно низкая емкость CO2 и скорость поглощения, которые обусловлены ограниченной растворимостью сорбента BIG в воде.
«В настоящее время мы решаем эти проблемы, комбинируя сорбент BIG с традиционными сорбентами, такими как аминокислоты, для повышения емкости и скорости абсорбции», - говорит Кастельчан.«Мы также корректируем процесс, чтобы его можно было применять для отделения CO2 непосредственно из атмосферы энергоэффективным и экономичным способом».