Phát triển phương pháp thu giữ CO2 với màng tự tạo mới

Các nhà nghiên cứu của Đại học Newcastle đã phát triển một lớp màng tự tạo mới để tách carbon dioxide khỏi hỗn hợp khí. Hoạt động như một bộ lọc cà phê, nó cho phép các khí vô hại như nitơ thoát ra ngoài khí quyển và sau đó carbon dioxide có thể được xử lý.

Nhóm nghiên cứu tin rằng hệ thống này có thể được áp dụng để sử dụng trong các quá trình tách carbon dioxide để bảo vệ môi trường hoặc trong kỹ thuật phản ứng.

Bằng cách phát triển phần đắt tiền của màng – được làm từ bạc – trong quá trình vận hành màng, họ đã giảm đáng kể nhu cầu về bạc và chi phí của màng.

Công trình được công bố trên Khoa học Năng lượng và Môi trường (Energy and Environmental Science) và Tiến sĩ Greg Mutch, thành viên NUAcT từ Trường Kỹ thuật, Đại học Newcastle, Vương quốc Anh giải thích: “Chúng tôi đã không xây dựng toàn bộ màng từ bạc, thay vào đó chúng tôi đã thêm một lượng bạc nhỏ và phát triển nó trong màng thêm chức năng chúng ta mong muốn.

“Quan trọng nhất, hiệu suất của màng ở mức cần thiết để cạnh tranh với các quy trình thu giữ carbon hiện có – trên thực tế, nó có thể sẽ làm giảm kích thước của thiết bị cần thiết và có khả năng giảm chi phí vận hành.”

Thu hồi carbon là gì và tại sao cần thiết?

Khí thải carbon dioxide là động lực chính của biến đổi khí hậu. Hiện tại, khí hậu của chúng ta ấm hơn khoảng 1 ° C so với thời kỳ tiền công nghiệp. Chúng ta đã thải ra lượng carbon dioxide đủ để làm ấm hành tinh vượt quá 1,5 ° C (có độ trễ giữa khí thải và sự nóng lên) và chúng ta có các thỏa thuận quốc tế để đảm bảo rằng chúng ta không vượt qua 2 ° C.

Hâm nóng quá 2 ° C sẽ có những hậu quả tai hại, bao gồm các tác động đến sức khỏe con người, nguồn thức ăn sẵn có, di cư quy mô lớn và môi trường của chúng ta. Chúng ta rất cần các vật liệu và quy trình mới để giảm lượng carbon dioxide mà chúng ta thải ra khí quyển – những công nghệ này được gọi là thu hồi và lưu trữ carbon (CCS).

Mặc dù các nhà khoa học đang nỗ lực rất lớn với năng lượng tái tạo và xe điện, thế giới vẫn chủ yếu được cung cấp năng lượng từ nhiên liệu hóa thạch và họ rất khó có thể giảm sự đóng góp đó kịp thời để hạn chế sự nóng lên xuống dưới 2 ° C.

Ngoài ra, các bài tập mô hình hóa lớn như của Hội đồng liên chính phủ về biến đổi khí hậu đã nhiều lần chỉ ra rằng cách hiệu quả nhất để làm chậm sự nóng lên toàn cầu luôn liên quan đến một lượng đáng kể CCS (kết hợp với các công nghệ năng lượng tái tạo).

Màng tự hình thành

Trong một phương pháp chưa từng thử trước đây, các chất hỗ trợ oxit nhôm ở dạng viên và dạng ống được sử dụng để phát triển màng bạc. Bạc đã được thêm vào màng và các điều kiện có kinh nghiệm trong quá trình vận hành đã buộc bạc phát triển bên trong màng, mang lại hiệu suất cao hơn.

Sử dụng phương pháp chụp cắt lớp vi tính tia X, nhóm nghiên cứu đã có thể nhìn vào bên trong màng và xác nhận rằng sự thẩm thấu của CO ₂ và O ₂  đã kích thích sự tự lắp ráp của các sợi nhánh bạc.

Điều quan trọng là hiệu suất của màng được thể hiện thông qua các phép đo thẩm thấu ở mức cần thiết để cạnh tranh với các quy trình thu giữ carbon hiện có. Độ thẩm thấu của màng cao hơn một bậc so với yêu cầu và thông lượng CO ₂ là mức cao nhất được báo cáo cho loại màng này.

Tiến sĩ Mutch nói thêm: “Những khoản tiết kiệm này rất quan trọng – chi phí thu hồi carbon là một trong những yếu tố chính hạn chế sự hấp thu của công nghệ. Có một thước đo chung cho hiệu suất của màng – mức giới hạn trên Google. Vì màng của chúng tôi dựa trên một cơ chế vận chuyển độc đáo, chúng tôi tránh những hạn chế của hầu hết các vật liệu màng và vượt xa giới hạn trên!”

Các nhà khoa học hy vọng rằng nghiên cứu này truyền cảm hứng cho những cách mới để hình thành màng, chi phí thấp hơn, cũng như thúc đẩy sự quan tâm đến lớp màng mới này cho ứng dụng trong tương lai để bảo vệ môi trường của chúng ta.

Nguồn truyện:

Tài liệu được cung cấp bởi Đại học Newcastle . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.

Tạp chí tham khảo :

1. Liam A. McNeil, Greg A. Mutch, Francesco Iacoviello, Josh J. Bailey, Georgios Triantafyllou, Dragos Neagu, Thomas S. Miller, Evangelos I. Papaioannou, Wenting Hu, Dan JL Brett, Paul R. Shear, Ian S. . Dendritic bạc tự lắp ráp trong màng nóng chảy carbonate để thu carbon dioxide hiệu quả . Khoa học năng lượng & môi trường , 2020; DOI: 10.1039 / c9ee03497h