Отчет о новой технологии, более эффективной, чем некоторые альтернативы, находится в повестке дня 246-го национального собрания. Экспозиция Американского химического общества (ACS).
Сейчас, когда изменение климата вызывает серьезную озабоченность, многие электростанции полагаются на методы улавливания и связывания CO2 для сокращения выбросов парниковых газов. Выступая на симпозиуме «Разделение и улавливание СО2», Аарон П. Эссер-Кан, доктор философии, сказал, что он представляет новые устройства для улавливания СО2 с массивами трубок, сделанных из пористых мембран, установленных бок о бок, как кровь. сосуды в естественном легком. Он пояснил, что после создания высокоэффективных и масштабируемых до различных размеров с помощью повторяющихся блоков эти блоки можно затем «подключать» к электростанциям и транспортным средствам, в отличие от каталитических нейтрализаторов.
Чтобы улавливать как можно больше CO2, группа Esser-Kahn из Калифорнийского университета в Ирвине сначала должна была придумать наилучшую схему упаковки двух наборов трубок разного размера — одну для выбросов отходов, а другую — для жидкости, поглощающей CO2. — в блок. «Цель состоит в том, чтобы втиснуть как можно большую площадь поверхности в минимально возможное пространство», — сказал Эссер-Кан.Они изучили, как кровеносные сосуды упакованы в легком птиц и плавательном пузыре рыб.
Птицам необходимо быстро обменивать СО2 на кислород, поскольку они сжигают много энергии в полете, а рыбам необходимо эффективно контролировать количество газа в своем плавательном пузыре, чтобы двигаться вверх и вниз в воде. «Мы пытаемся учиться у природы», — сказал Эссер-Кан, добавив, что птичьи легкие и плавательный пузырь рыб являются биологически хорошо подходящими системами для обмена газов.Но кровеносные сосуды в легком птиц и плавательном пузыре рыб расположены по-разному. Птичье легкое состоит из шестиугольного узора, в котором три большие трубки образуют вершины треугольника, а маленькая трубка находится в промежутке, в то время как плавательный пузырь рыбы имеет более квадратный узор, где большая и маленькая трубка чередуются между вершинами квадрата. По словам Эссер-Кан, выяснилось, что проблема упаковки тюбиков является хорошо изученной математической задачей с девятью уникальными решениями или схемами.
Команда использовала компьютерное моделирование, чтобы предсказать, насколько эффективным будет газообмен для каждой схемы. Четыре были предсказаны как высокоэффективные, включая шестиугольный узор птичьего легкого и более квадратный узор плавательного пузыря рыбы.
Однако наиболее эффективный узор на самом деле не встречался в природе: узор с двойным квадратом, похожий на квадрат в плавательном пузыре рыб, но с двумя маленькими трубками, чередующимися с большой трубкой. Затем команда Эссер-Кана синтезировала миниатюрные единицы длиной до сантиметра и экспериментально подтвердила, что модель двойного квадрата была наиболее эффективной, превзойдя птичьи легкие и плавательный пузырь рыб почти на 50 процентов.
Теперь ученые могут проводить дальнейшие исследования для повышения эффективности устройств улавливания СО2, регулируя размеры трубок, толщину стенок трубок и материалы мембран, из которых состоят стенки трубок. «Биологические системы потратили невероятное количество времени и усилий на оптимизацию», — сказал Эссер-Кан. «То, что у нас есть, — это первый шаг в более длительном процессе».
