{h1}
miljö + energi

Vill du fånga kol? Titta på nanomaterial

Anonim

Mycket av Australiens storskaliga elproduktion kommer från koleldade kraftverk. Med tanke på kostnaden för att bygga alternativ elinfrastruktur och Australiens stora kolbehållare, kommer detta sannolikt att fortsätta inom en snar framtid.

Tyvärr är CO 2 som produceras av brinnande kol en viktig källa till Australiens växthusgasutsläpp och en stor bidragsyter till konstgjorda klimatförändringar.

Koldioxidupptagning och lagring (CCS) är en idealisk stoppteknik för att mildra dessa miljöproblem, samtidigt som landet tillåter fortsätta att skörda fördelarna med kolindustrin. Men för närvarande utformade system är mycket energiintensiva och kostsamma.

Nyligen har ett forskningsprojekt som jag är inblandat i utvecklat ett nytt nanomaterial som kan erbjuda ett effektivare alternativ till nuvarande teknik för koldioxidupptagning.

Problemet med att fånga kol

Pilotdemonstrationer av kolavskiljningsplaner är redan på gång, bland annat ett australiskt projekt på en plats i Victoria, där CO2-rika avfallsgas lagras i ett utarmat naturgasfält.

Emellertid måste två stora utmaningar tas upp för att göra tekniken möjlig på stora skalor.

Det första är behovet av att hitta sätt att separera CO 2 efter bränning av kolet. Den mest populära metoden är att använda adsorbenter (material som kemiskt kan absorbera andra material) som kan separera CO 2 från rökgas. Rökgas, gasen som framställs genom kolförbränning, är en blandning av kväve, syre, svaveloxider och vatten. Rökgas passerar genom adsorbenten, där kemikalier i lösningen binder till CO2 och separerar den från andra gaser.

Men att separera CO 2 från rökgasblandningen utgör en stor utmaning - den använder mycket energi. Adsorbenten kan återanvändas, men för att göra så måste den kemiska reaktionen vändas och detta tar värme. I själva verket kan denna process i första hand konsumera en fjärdedel av den energi som produceras av kraftverket.

Den andra utmaningen är de processer som krävs för att lagra eller konvertera de stora volymen CO 2 -rik gas som blir kvar. Som nämnts ovan övervägs lagring i utarmade gasfält men detta är inte en enkel process.

Den mest attraktiva idén att hantera de stora mängderna CO 2 - ur kemistens perspektiv - är att omvandla det till något användbart.

Detta kan göras genom att återvinna det i ett bränsle eller omvandla det till ett byggmaterial. Att använda den koncentrerade CO 2- strömmen för att generera bränslen är ett tillvägagångssätt som eftersträvas.

En fast lösning

Användning av nanomaterial kan minska den energi som behövs för återvinning. Nanomaterial är fasta ämnen - dessa adsorbenter är inte en lösning av kemikalier i vatten. Betydande forskning har inriktats på att identifiera nya solid state-material som selektivt fånga CO 2 .

I vårt senaste arbete, som beskrivs i Journal of the American Chemical Society, rapporterar vi en ny metallorganisk ram (MOF) som har en anmärkningsvärd kapacitet för att separera CO 2 från kväve. Dessa ramverk är svampliknande nanomaterial med ett extra spektrum av egenskaper.

Tidigare forskning kring dessa ramar har identifierat material med potential att separera CO 2 . Men dessa tillvägagångssätt var inte utan fallgropar.

Siktar ut kolet

Vårt nya tillvägagångssätt är att hitta material som kan fungera som en sikt. CO 2 har en något mindre kinetisk diameter än kväve. Detta innebär att om ett material kan tillverkas med porer tillräckligt små kan dessa gaser separeras.

Detta är just vad som händer för vårt rammaterial. Fastämnet adsorberar betydligt mer CO2 än kväve vid rumstemperatur. En extra fördel med att använda en siktningsmekanism är att återvinning av materialet för återanvändning blir lättare.

Membran är ett tredje alternativ som kan användas för uppsamling och lagring av kol. Membran används rutinmässigt i separation, i vatten och gasrening, och kan ge stora fördelar för att fånga CO2.

Membraner arbetar på ett kontinuerligt flödes sätt där en komponent kan permeera ut genom membranet och separeras från den ursprungliga blandningen. Ett tillvägagångssätt, som vi strävar efter, är att lägga till våra selektiva ramar till ett membran och i sin tur förbättra membranets prestanda.

Fortfarande en lång väg att gå

Det finns fortfarande en betydande mängd forskning som behöver genomföras innan någon av de beskrivna nanomaterialadsorbenterna kan innehålla kommersiella kolavskiljnings- och lagringssystem.

Lösningsmedelsbaserade system är branschens riktmärken och alla system måste överträffa den befintliga tekniken. Dessutom är kostnaden för något system ett viktigt övervägande.

En rapport för US Department of Energy visar att nanomaterial adsorbenter som metall-organiska ramverk är en nästa generationsteknik och kommer sannolikt att se mer utbredd användning i framtiden.

Trots det är ny teknik som bygger på nanomaterial som den vi identifierat representerar en möjlig väg för att uppfylla Australiens energibehov samtidigt som vi minskar vårt miljöpåverkan.

Rekommenderas

Biskopen betalar tillbaka mer än $ 5000 för Geelong helikopterresa

Nya natten borgmästare kunde göra städernas drömmar sanna - det är så

Batterikostnaderna sjunker ännu snabbare då elbilförsäljningen fortsätter att stiga