Разработан новый метод улавливания углерода для борьбы с глобальным потеплением, позволяющий улавливать углекислый газ из выбросов ископаемого топлива.
Выбросы парниковых газов являются крупнейшим фактором изменения климата. Выбросы важнейших парниковых газов являются результатом крупномасштабной индустриализации и деятельности человека. Большая часть этих выбросов парниковых газов приходится на углекислый газ (CO2), образующийся при сжигании ископаемого топлива. Общая концентрация CO2 в атмосфере увеличилась более чем на 40 процентов с начала эры индустриализации. Этот неуклонный рост выбросов парниковых газов приводит к потеплению планеты, что называется « глобальным потеплением », поскольку компьютерное моделирование показало, что выбросы ответственны за повышение средней температуры поверхности Земли с течением времени, что указывает на «изменение климата» из-за изменений в характере выпадения осадков, интенсивности штормов, уровне моря и т. д. Таким образом, разработка подходящих способов «улавливания» углекислого газа из выбросов является важнейшим аспектом борьбы с изменением климата. Технология улавливания углерода существует уже несколько десятилетий, но в последнее время привлекает к себе больше внимания из-за экологических проблем.
Новая методология улавливания углерода
Стандартная процедура улавливания углерода включает в себя улавливание и отделение CO2 от газовой смеси, последующую транспортировку в хранилище и его хранение в удаленном от атмосферы месте, обычно под землей. Этот процесс чрезвычайно энергоемкий, сопряжен с рядом технических проблем, рисков и ограничений, например, высокой вероятностью утечки на месте хранения. Новое исследование, опубликованное в журнале Chem, описывает многообещающую альтернативу улавливанию углерода. Ученые из Министерства энергетики США разработали уникальный метод удаления CO2 из угольных электростанций, и этот процесс требует на 24 процента меньше энергии по сравнению с эталонными методами, которые в настоящее время используются в отрасли.
Исследователи работали с природными органическими соединениями, называемыми бис-иминогуанидинами (БИГ), которые, как показали предыдущие исследования, обладают способностью связываться с отрицательно заряженными анионами. Они предположили, что это свойство БИГ должно быть применимо и к бикарбонатным анионам. Таким образом, БИГ могут действовать как сорбент (вещество, которое собирает другие молекулы) и превращать CO2 в твердый известняк (карбонат кальция). Натриевая известь — это смесь гидроксидов кальция и натрия, используемая аквалангистами, подводными лодками и другими закрытыми дыхательными аппаратами для фильтрации выдыхаемого воздуха и предотвращения опасного накопления CO2. Затем воздух может многократно рециркулироваться. Например, ребризеры для аквалангистов позволяют им оставаться под водой в течение длительного времени, что иначе невозможно.
Уникальный метод, требующий меньше энергии
На основе этого понимания они разработали цикл разделения CO2, в котором использовался водный раствор BIG. В этом конкретном методе улавливания углерода они пропускали дымовые газы через раствор, что приводило к связыванию молекул CO2 с сорбентом BIG, и это связывание кристаллизовало их в твердый органический известняк. При нагревании этих твердых веществ до 120 градусов Цельсия высвобождался связанный CO2, который затем можно было хранить. Поскольку этот процесс происходит при относительно более низких температурах по сравнению с существующими методами улавливания углерода, требуемая энергия для процесса снижается. Кроме того, твердый сорбент можно было снова растворить в воде и использовать повторно.
Современные технологии улавливания углерода имеют много постоянных проблем, таких как проблемы с хранением, высокая стоимость энергии и т. Д. Основная проблема заключается в использовании жидких сорбентов, которые либо испаряются, либо разлагаются с течением времени, а также требуют не менее 60 процентов общей энергии для их нагрева, что очень высокий. Твердый сорбент в текущем исследовании преодолел энергетическое ограничение, поскольку CO2 улавливается из кристаллизованной твердой бикарбонатной соли, что требует примерно на 24 процента меньше энергии. Также не было потерь сорбента даже после 10 последовательных циклов. Эта более низкая потребность в энергии может снизить затраты на улавливание углерода, и, когда мы рассматриваем миллиарды тонн CO2, этот метод может быть очень эффективным, сводя выбросы парниковых газов к нулю за счет адекватного улавливания.
Одним из ограничений данного исследования является относительно низкая емкость поглощения CO2 и скорость абсорбции, что обусловлено ограниченной растворимостью сорбента BIG в воде . Исследователи рассматривают возможность сочетания традиционных растворителей, таких как аминокислоты, с этими сорбентами BIG для решения этой проблемы. Текущий эксперимент был проведен в небольших масштабах, в ходе которых из выхлопных газов было удалено 99% CO2. Процесс необходимо дополнительно оптимизировать, чтобы его можно было масштабировать для улавливания не менее тонны CO2 ежедневно из любых различных типов выбросов. Метод должен быть надежным в отношении загрязнений в выбросах. Конечная цель технологии улавливания углерода — прямое улавливание CO2 из атмосферы с использованием доступного и энергоэффективного метода.
Источник (ы)
Williams N et al. 2019. Улавливание CO2 через димеры бикарбоната с кристаллическими водородными связями. Chem.
https://doi.org/10.1016/j.chempr.2018.12.025
