جذب کربن بر اساس تبلور خوشه های بی کربنات-آب: رویکردی امیدوارکننده برای کنترل گرمایش جهانی

یک روش جدید جذب کربن برای جذب دی اکسید کربن ناشی از انتشار سوخت فسیلی ابداع شده است.

انتشار گازهای گلخانه ای بزرگترین عامل تغییر آب و هوا است. انتشار گازهای گلخانه ای حیاتی نتیجه صنعتی شدن در مقیاس بزرگ و فعالیت های انسانی است. بیشتر این انتشارات گلخانه ای از دی اکسید کربن (CO2) از سوزاندن سوخت های فسیلی. از زمان شروع صنعتی شدن، غلظت کل CO2 در جو بیش از 40 درصد افزایش یافته است. این افزایش مداوم در انتشار گازهای گلخانه ای باعث گرم شدن هوا می شود سیاره در چیزی که به عنوان "گرم شدن کره زمینهمانطور که شبیه‌سازی‌های کامپیوتری نشان داده‌اند که انتشار گازهای گلخانه‌ای مسئول افزایش میانگین دمای سطح زمین در طول زمان است که نشان‌دهنده «تغییر آب و هوا» به دلیل تغییر در الگوهای بارندگی، شدت طوفان، سطح دریا و غیره است. بنابراین، توسعه روش‌های مناسب برای «به دام انداختن یا گرفتن» انتشار دی اکسید کربن یک جنبه حیاتی برای مقابله با تغییرات آب و هوایی است. کربن فناوری ضبط ده‌ها سال است که وجود داشته است، اما اخیراً به دلیل نگرانی‌های زیست‌محیطی تمرکز بیشتری پیدا کرده است.

یک روش جدید جذب کربن

رویه استاندارد از کربن جذب شامل به دام انداختن و جداسازی CO2 از یک مخلوط گازی، سپس انتقال آن به انبار و ذخیره آن از راه دور دور از جو معمولاً در زیر زمین است. این فرآیند بسیار انرژی بر است، شامل چندین مورد فنی، خطرات و محدودیت ها است، به عنوان مثال، احتمال بالای نشت در محل ذخیره سازی. یک مطالعه جدید منتشر شده در شیمی یک جایگزین امیدوارکننده برای جذب کربن توصیف می کند. دانشمندان در وزارت انرژی ایالات متحده یک روش منحصر به فرد برای حذف CO2 از نیروگاه های زغال سنگ ابداع کرده اند و این فرآیند در مقایسه با معیارهایی که در حال حاضر در صنعت مستقر هستند، به 24 درصد انرژی کمتر نیاز دارد.

محققان روی پدیده های طبیعی کار کردند سازمانی ترکیباتی به نام بی‌ایمینوگوانیدین‌ها (BIGs) که توانایی اتصال به آنیون‌های با بار منفی را دارند که در مطالعات قبلی دیده شده است. آنها فکر می کردند که این خاصیت خاص BIG ها باید برای آنیون های بی کربنات نیز قابل استفاده باشد. بنابراین BIGها می توانند مانند یک جاذب (ماده ای که مولکول های دیگر را جمع می کند) عمل کنند و CO2 را به سنگ آهک جامد (کربنات کلسیم) تبدیل کنند. سودا لیم مخلوطی از هیدروکسیدهای کلسیم و سدیم است که توسط غواصان، زیردریایی ها و سایر محیط های تنفسی بسته برای فیلتر کردن هوای بازدمی و جلوگیری از تجمع خطرناک CO2 استفاده می شود. سپس هوا را می توان چندین بار بازیافت کرد. به عنوان مثال، تنفس مجدد برای غواصان به آنها امکان می دهد که بمانند زیر آب برای مدت طولانی که غیر ممکن است.

روشی منحصر به فرد که نیاز به انرژی کمتری دارد

بر اساس این درک، آنها یک چرخه جداسازی CO2 ایجاد کردند که از یک محلول آبی BIG استفاده می کرد. در این روش خاص جذب کربن، آنها گاز دودکش را از طریق محلول عبور دادند که باعث شد مولکول های CO2 به جاذب بزرگ متصل شوند و این اتصال آنها را به یک نوع جامد متبلور کرد. سازمانی سنگ آهک هنگامی که این مواد جامد تا 120 درجه سانتیگراد گرم می شوند، CO2 محدودی آزاد می شود که می تواند ذخیره شود. از آنجایی که این فرآیند در دماهای نسبتاً پایین‌تری در مقایسه با روش‌های جذب کربن موجود انجام می‌شود، انرژی مورد نیاز برای فرآیند کاهش می‌یابد. و جاذب جامد می تواند دوباره در آن حل شود آب و برای استفاده مجدد بازیافت می شود.

فناوری‌های جذب کربن کنونی دارای مشکلات دائمی زیادی مانند مشکل ذخیره‌سازی، هزینه بالای انرژی و غیره هستند. مسئله اصلی استفاده از جاذب‌های مایع است که در طول زمان یا تبخیر یا تجزیه می‌شوند و همچنین حداقل 60 درصد از کل انرژی برای گرم کردن آنها نیاز دارند که بسیار زیاد است. بالا جاذب جامد در مطالعه حاضر بر محدودیت انرژی غلبه کرد زیرا CO2 از نمک بی کربنات جامد متبلور شده که به حدود 24 درصد انرژی کمتری نیاز دارد، جذب می شود. حتی پس از 10 سیکل متوالی نیز هیچ از دست دادن جاذب وجود نداشت. این نیاز کمتر به انرژی می‌تواند هزینه‌های جذب کربن را کاهش دهد و وقتی میلیاردها تن دی‌اکسید کربن را در نظر می‌گیریم، این روش می‌تواند با بی‌اثر کردن انتشار گازهای گلخانه‌ای از طریق جذب کافی تأثیرگذار باشد.

یکی از محدودیت های این مطالعه ظرفیت نسبتا کم و سرعت جذب CO2 است که به دلیل حلالیت محدود جاذب BIG در آب. محققان به دنبال ترکیب حلال های سنتی مانند اسیدهای آمینه با این جاذب های بزرگ هستند تا این محدودیت را برطرف کنند. آزمایش کنونی در مقیاس کوچک انجام شده است که در آن 99 درصد CO2 از گازهای خروجی اگزوز حذف شده است. این فرآیند باید بیشتر بهینه شود تا بتوان آن را برای جذب حداقل یک تن CO2 در هر روز و از هر نوع انتشار مختلف افزایش داد. این روش باید در مدیریت آلودگی های ناشی از انتشار قوی باشد. هدف نهایی یک فناوری جذب کربن، جذب مستقیم CO2 از جو با استفاده از روشی مقرون به صرفه و کارآمد در انرژی است.

***

{شما می‌توانید مقاله پژوهشی اصلی را با کلیک بر روی پیوند DOI که در فهرست منابع ذکر شده در زیر آمده است بخوانید}

منبع (ها)

ویلیامز ان و همکاران 2019. جذب CO2 از طریق دایمرهای بی کربنات با پیوند هیدروژنی کریستالی. شیمی.
https://doi.org/10.1016/j.chempr.2018.12.025