Наиболее распространенный подход к улавливанию углерода заключается в использовании растворов жидких аминов, которые могут поглощать CO2 из атмосферы. В крупном масштабе в системе используются две колонны, одна для улавливания CO2, а другая для выделения его из жидкости в процессе, называемом «регенерация».
Для растворов амина регенерация является наиболее энергоемкой частью, поскольку CO2 настолько прочно связан с молекулами амина, что их необходимо кипятить, чтобы разделить.Альтернативой жидкостям является использование твердых материалов, известных как «металлоорганические каркасы» (MOF). Это мелкие порошки, частицы которых состоят из атомов металлов, соединенных в трехмерную структуру с помощью органических линкеров.
Их поверхность покрыта порами нанометрового размера, в которых собираются молекулы СО2. Но, несмотря на меньшую стоимость, поскольку этот метод предполагает транспортировку твердых тел, он требует больших технических затрат. Беренд Смит, директор Энергетического центра EPFL, объясняет: «Представьте, что вы пытаетесь ходить с тарелкой детской присыпки.
Она будет везде, и ее очень трудно контролировать».Работая с учеными из Пекина и Калифорнийского университета в Беркли, Смит является ведущим автором революционной инновации в области улавливания углерода, в которой используется смесь твердого и жидкого в растворе, называемая «суспензией».
Твердая часть суспензии представляет собой MOF, называемый ZIF-8, который суспендирован в жидкой смеси 2-метилимидазолгликоля."Почему навозная жижа?" — говорит Смит. «Потому что в материалах, которые в настоящее время используются для адсорбции, поры слишком велики, и окружающая жидкость будет их заполнять, не позволяя им захватывать молекулы СО2. Итак, здесь мы рассмотрели материал — ЗИФ-8 — чьи поры тоже маленький, чтобы в него могли поместиться молекулы гликоля, но достаточно большой, чтобы улавливать молекулы CO2 из дымовых газов ".ZIF-8 — хороший материал для улавливающих углерод шламов, поскольку он демонстрирует отличную растворную, химическую и термическую стабильность, что важно для повторяющихся циклов регенерации.
Кристаллы ZIF-8 имеют узкие поры (диаметром 3,4 A), которые меньше диаметра молекул гликоля (4,5 A), что препятствует их проникновению. Несмотря на то, что при разработке суспензии были испытаны другие жидкости, включая этанол, гексан, метилбензол и тетрахлорметан, их молекулы достаточно малы, чтобы проникать в поры ZIF-8 и снижать эффективность улавливания углерода.
В этом отношении до сих пор было показано, что глицерин является идеальной жидкостью.Концепция жидкого навоза основана на идее одного из бывших докторантов Смита, который сейчас является профессором в Пекине, и может стать ключом к крупномасштабному внедрению улавливания углерода. «Перекачивать жидкий навоз намного проще, чем перевозить груду детской присыпки», — говорит Смит. «И мы можем использовать те же технологии для интеграции тепла, что и жидкий процесс».Поскольку он сочетает в себе низкую стоимость и эффективность нанопористых материалов с простотой процесса разделения на основе жидкости, суспензия успешно устраняет эти два основных препятствия на пути реализации улавливания углерода в реальном мире. Кроме того, он показывает исключительно хорошее отделение от CO2, что означает, что он не требует чрезмерного количества энергии (например, кипения) для регенерации, что увеличивает его общую энергоэффективность.
Жидкий раствор представляет собой новый шаблон для разработки аналогичных комбинаций в будущем. После успешной работы по проверке концепции исследовательские группы теперь планируют испытать суспензию ZIF-8 / гликоль в полевых условиях.
