16.04.2015

Новый материал улавливает углерод, сохраняя до 50% энергии

Химики Калифорнийского университета в Беркли сделали большой шаг в технологии улавливания СО₂ благодаря материалу, который может также легко и эффективно удалить углерод из воздуха в подводной лодке, как и от загрязненных выбросов на угольной электростанции.

Материал высвобождает диоксид углерода при более низких температурах, чем в момент улавливания, потенциально уменьшая наполовину или больше количество энергии, потребляемое в процессе очистки воздуха при использовании существующих технологий. Освобождение CO₂ может проводится под землей с помощью техники, называемой секвестирование, или, в случае подводной лодки, непосредственно в море.

«15% углекислого газа поступает от электростанций, поэтому процесс улавливания CO₂ будет масштабным», - говорит ведущий автор Джеффри Лонг (Jeffrey Long), профессор химии Калифорнийского университета в Беркли и старший научный сотрудник факультета Национальной лаборатории Лоренса Беркли. «С помощью устройств, произведенных из этих новых материалов, размеры которых могут быть намного меньше существующих аналогов, что делает капитальные затраты, а также значительно снижает эксплуатационные расходы».

Материал - металлоорганическая структура, модифицированная азотными соединениями, называемыми диаминами, может быть использован для удаления диоксида углерода из воздуха подводной лодки при нормальной температуре (20 °С) или, например, при 50 °С – температуре дымовых газов электростанций.

«Материал отлично бы работал где-то наподобие Международной космической станции», - говорит Лонг.

Хотя электростанциям сейчас не требуется улавливать углекислый газ из своих выбросов, в конечном итоге технология будет необходима для того, чтобы замедлить темпы изменения климата, вызванного сжиганием ископаемого топлива. Если уровень CO₂ планеты станет выше, чем сегодня, то потребуется удалять CO₂ непосредственно из атмосферы, чтобы планета была пригодна для жизни.

Лонг и его коллеги описывают принцип работы нового материала в журнале Nature.

Электростанции, которые улавливают CO₂, сегодня используют старую технологию, в результате чего дымовые газы пропускают через органические амины, растворенные в воде, где диоксид углерода связывается с ними. Затем жидкость нагревают до 120-150 градусов Цельсия (250-300 градусов по Фаренгейту), чтобы высвободить газ, после чего жидкость используют повторно. Весь процесс является дорогостоящим: он потребляет около 30% вырабатываемой электроэнергии.

Новый материал может улавливать углекислый газ при различных температурах, в зависимости от того, как синтезируются диамины. При этом высвобождение углекислоты происходит при температуре всего на 50 °С выше, чем та, при которой он был связан, что намного привлекательнее температуры в 80-110 °С у стандартной технологии водного раствора аминов. Поскольку металлоорганические структуры твердые, это также влияет на энергоемкость процесса, исключая необходимость нагрева жидкости.

Материал состоит из металлов - в данном случае магния или марганца - с органическими соединениями, которые вместе образуют пористую структуру с микроскопическими параллельными каналами.

«Этот материал уникален тем, что он связывает CO₂ в качестве действующего механизма», - рассказывает Лонг. «Когда первый СО₂ начинает адсорбироваться под определенным давлением, это начинает очень резко увеличивать скорость поглощения и приводит к моментальному насыщению структуры. Это полностью отличается от любого способа поглощения углекислого газа при помощи аминов».

Natali

Источники:

1. facepla.net