Araştırmacılar, resimde kabarcıklarla kaplı olana benzer bir elektrotun, bir sorbentten salınan karbondioksiti çekmek ve dönüştürmek için kullanıldığı tek bir elektrokimyasal işlem yoluyla karbondioksitin nasıl yakalanıp dönüştürülebileceğini ortaya çıkardı. karbon nötr ürünlere dönüştürüyoruz. Katkıda bulunan: John Freidah/MIT MechE
Tek bir elektrokimyasal sürece dayanan bulgular, çelik ve çimento gibi karbondan arındırılması en zor endüstrilerden kaynaklanan emisyonların azaltılmasına yardımcı olabilir.{8 }
Dünya çapındaki küresel sera gazı emisyonlarını azaltma çabaları kapsamında MIT’deki bilim insanları, en zorlu endüstriyel emisyon emisyonlarını karbondan arındırmak için karbon yakalama teknolojilerine odaklanıyor.
Çelik, çimento, ve kimyasal üretimin karbon ve fosil yakıtların süreçlerinde doğal olarak kullanılması nedeniyle karbondan arındırılması özellikle zordur. Karbon emisyonlarını yakalayacak ve bunları üretim sürecinde yeniden amaçlandıracak teknolojiler geliştirilebilirse, bu “azaltılması zor” sektörlerden kaynaklanan emisyonlarda önemli bir azalmaya yol açabilir.
Ancak mevcut deneysel teknolojiler, Karbondioksiti yakalamak ve dönüştürmek, bunu iki ayrı süreç olarak yapıyor ve bu süreçlerin yürütülmesi büyük miktarda enerji gerektiriyor. MIT ekibi, konsantre, endüstriyel kaynaklardan karbondioksiti hem yakalamak hem de dönüştürmek için iki süreci, potansiyel olarak yenilenebilir enerjiyle çalışabilecek, entegre ve enerji açısından çok daha verimli tek bir sistemde birleştirmenin yollarını arıyor.
Karbon İle İlgili Son Bulgular Yakalama ve Dönüştürme
5 Eylül’de ACS Catalys dergisinde yayınlanan bir çalışmada araştırmacılar, karbondioksitin tek bir elektrokimyasal işlemle nasıl hem yakalanıp hem de dönüştürülebildiğinin gizli işleyişini ortaya koyuyor. Süreç, bir sorbentten salınan karbondioksiti çekmek ve onu azaltılmış, yeniden kullanılabilir bir forma dönüştürmek için bir elektrot kullanılmasını içerir.
Diğerleri de benzer gösteriler bildirdi ancak elektrokimyasal reaksiyonu yönlendiren mekanizmalar belirsizliğini korudu. MIT ekibi bu sürücüyü belirlemek için kapsamlı deneyler yaptı ve sonunda sorunun kısmi karbondioksit basıncına bağlı olduğunu buldu. Başka bir deyişle, elektrotla ne kadar saf karbon dioksit temas ederse, elektrot molekülü o kadar verimli bir şekilde yakalayabilir ve dönüştürebilir.
Bu ana etkenin veya “aktif türlerin” bilgisi, bilim adamlarının ayarlama yapmasına yardımcı olabilir. ve entegre bir süreçte karbondioksiti verimli bir şekilde yakalamak ve dönüştürmek için benzer elektrokimyasal sistemleri optimize etmek.
Çalışmanın sonuçları, bu elektrokimyasal sistemlerin muhtemelen çok seyreltik ortamlarda (örneğin, karbonu yakalamak ve dönüştürmek için) işe yaramayacağını ima ediyor. emisyonları doğrudan havadan), özellikle de belirgin bir yenilenebilir alternatifi olmayan endüstriyel süreçlerin ürettiği yüksek konsantrasyonlu emisyonlar için çok uygun olacaktır.
“Elektrik üretimi için yenilenebilir kaynaklara geçiş yapabiliriz ve yapmalıyız. Ancak çimento veya çelik üretimi gibi karbondan derinlemesine arındırıcı endüstriler zorlu ve daha uzun zaman alacak,” diyor MIT’de 1922 Sınıfı Kariyer Gelişimi Doçenti olan çalışma yazarı Betar Gallant. “Tüm enerji santrallerimizden kurtulsak bile, diğer endüstrilerden kaynaklanan emisyonları tamamen karbondan arındırmadan önce kısa vadede bunlarla başa çıkmak için bazı çözümlere ihtiyacımız var. Bu sistemin uyabileceği en uygun noktayı burada görüyoruz.”
Çalışmanın MIT ortak yazarları baş yazar ve doktora sonrası araştırmacı Graham Leverick ve yüksek lisans öğrencisi Elizabeth Bernhardt’ın yanı sıra Aisyah Illyani Ismail, Jun Hui’den oluşuyor. Law, Arif Arifutzzaman ve Malezya’daki Sunway Üniversitesi’nden Mohamed Kheireddine Aroua.
Karbon Yakalama Sürecini Anlamak
Karbon yakalama teknolojileri, emisyonları veya “baca gazını” yakalamak için tasarlanmıştır. enerji santralleri ve üretim tesislerinin bacaları. Bu öncelikle, emisyonları bir “yakalama” çözeltisi (karbon dioksitle kimyasal olarak bağlanan ve diğerlerinden ayrılabilen stabil bir form üreten bir amin veya amonyak bazlı bileşikler karışımı) ile doldurulmuş odalara yönlendirmek için büyük iyileştirmeler kullanılarak yapılır. baca gazı.
Daha sonra, yakalanan karbondioksitin amin bağından serbest bırakılması için genellikle fosil yakıtla üretilen buhar biçiminde yüksek sıcaklıklar uygulanır. Saf haliyle gaz daha sonra depolama tanklarına veya yeraltına pompalanabilir, mineralize edilebilir veya ayrıca kimyasallara veya yakıtlara dönüştürülebilir.
“Karbon yakalama olgun bir teknolojidir, çünkü kimyası yaklaşık olarak bilinmektedir. Gallant, 100 yıl sürebileceğini, ancak gerçekten büyük kurulumlar gerektirdiğini ve çalıştırılmasının oldukça pahalı ve enerji yoğun olduğunu belirtiyor.Elektrokimyasal sistemler bu sorunu çözmeye yardımcı olabilir.”
MIT’deki grubu, hem yakalanan karbondioksiti geri kazanan hem de onu azaltılmış, kullanılabilir bir ürüne dönüştüren bir elektrokimyasal sistem geliştiriyor. Böyle bir entegre sistemin, ayrıştırılmış bir sistem yerine, fosil yakıt türevi buhar yerine tamamen yenilenebilir elektrikle çalıştırılabileceğini söylüyor.
Konseptleri, mevcut karbon odalarına sığacak bir elektrot üzerinde yoğunlaşıyor. – çözümleri yakalayın. Elektrota voltaj uygulandığında elektronlar karbondioksitin reaktif formuna akar ve onu sudan sağlanan protonları kullanarak bir ürüne dönüştürür. Bu, emicinin buhar kullanmak yerine daha fazla karbondioksit bağlamasını sağlar.
Gallant daha önce bu elektrokimyasal sürecin karbondioksiti yakalayıp katı karbonat formuna{4 dönüştürmede işe yarayabileceğini göstermişti. }.
“Bu elektrokimyasal sürecin çok erken konseptlerde mümkün olduğunu gösterdik” diyor. “O zamandan bu yana, bu sürecin yararlı kimyasallar ve yakıtlar üretmek için kullanılmasına odaklanan başka çalışmalar da yapıldı. Ancak bu reaksiyonların aslında nasıl çalıştığına dair tutarsız açıklamalar var.”
‘Solo CO2’nin Rolü
Yeni çalışmada, MIT ekibi başlığın altına bir büyüteç koydu. elektrokimyasal süreci yönlendiren spesifik reaksiyonları ortaya çıkarmak için. Laboratuvarda, baca gazından karbon dioksiti çıkarmak için kullanılan endüstriyel yakalama çözümlerine benzeyen amin çözeltileri ürettiler. Her bir çözeltinin pH, konsantrasyon ve amin türü gibi çeşitli özelliklerini metodik olarak değiştirdiler ve ardından her çözeltiyi, elektroliz çalışmalarında yaygın olarak kullanılan ve karbondioksiti verimli bir şekilde karbona dönüştürdüğü bilinen bir metal olan gümüşten yapılmış bir elektrottan geçirdiler. monoksit. Daha sonra reaksiyonun sonunda dönüştürülen karbon monoksit konsantrasyonunu ölçtüler ve bu sayıyı test ettikleri diğer çözeltilerle karşılaştırarak hangi parametrenin ne kadar karbon monoksit üretildiği üzerinde en fazla etkiye sahip olduğunu gördüler.
Sonunda, çoğu kişinin şüphelendiği gibi, en önemli şeyin başlangıçta karbondioksiti yakalamak için kullanılan aminin türü olmadığını buldular. Bunun yerine, aminlerle bağlanmayı önleyen ancak yine de çözeltide mevcut olan, solo, serbest yüzen karbondioksit moleküllerinin konsantrasyonu vardı. Bu “solo-CO2”, sonuçta üretilen karbon monoksitin konsantrasyonunu belirledi.
“Amin tarafından yakalanan CO2 ile karşılaştırıldığında, bu ‘yalnız’ CO2’yi reaksiyona sokmanın daha kolay olduğunu bulduk,” Leverick teklif ediyor. “Bu, gelecekteki araştırmacılara, bu sürecin, yüksek karbondioksit konsantrasyonlarının verimli bir şekilde yakalanıp yararlı kimyasallara ve yakıtlara dönüştürülebildiği endüstriyel akışlar için uygun olabileceğini gösteriyor.”
“Bu bir uzaklaştırma teknolojisi değil ve bu Bunu belirtmek önemli” diye vurguluyor Gallant. “Getirdiği değer, daha az emisyonla mevcut endüstriyel süreçleri sürdürürken karbondioksiti birkaç kez geri dönüştürmemize olanak sağlamasıdır. Nihayetinde hayalim, elektrokimyasal sistemlerin mineralizasyonu kolaylaştırmak ve CO2’nin kalıcı olarak depolanmasını sağlamak için kullanılabilmesi; gerçek bir uzaklaştırma teknolojisi. Bu daha uzun vadeli bir vizyon. Ve anlamaya başladığımız bilimin çoğu, bu süreçleri tasarlamaya yönelik ilk adımdır.”
Referans: “Amin Aracılı CO2’nin Ag’de CO2 Azaltılmasında Aktif Türlerin Ortaya Çıkarılması”, Graham Leverick, Elizabeth M. Bernhardt, Aisyah Ilyani Ismail, Jun Hui Law, A. Arifutzzaman, Mohamed Kheireddine Aroua ve Betar M. Gallant*, 5 Eylül 2023, ACS Katalizi.
DOI: 10.1021/acscatal.3c02500{4 }
Bu araştırma Malezya’daki Sunway Üniversitesi tarafından desteklenmektedir.
.