Oglekļa uztveršana ar nanocaurulēm

Membrānas, kas izgatavotas ar oglekļa nanocaurulēm, varētu samazināt enerģijas daudzumu, kas nepieciešams, lai uztvertu oglekļa dioksīda emisijas no dūmu skursteņiem, un tādējādi samazināt izmaksas, norāda uzņēmums, kas saņems 1 miljonu ASV dolāru no jaunās progresīvās pētniecības projektu aģentūras enerģētikas jomā Arpa-e, izstrādāt tehnoloģiju.

Uzņēmums atrodas Hayward, CA Porifera , apgalvo, ka tā oglekļa nanocauruļu membrānas varētu uztvert vienu miljardu līdz trīs miljardus tonnu oglekļa dioksīda gadā un ietaupīt 10 miljardus ASV dolāru gadā, salīdzinot ar esošo CO2 uztveršanas tehnoloģiju. Tomēr šobrīd darbs ir agrīnā stadijā, saka Olgica Bakajin, Porifera galvenā tehnoloģiju vadītāja. Viņa sagaida, ka paies vēl gads, līdz būs gatavs pirmais prototips.

Uzņēmums cer izmantot dažas īpašas nanocauruļu īpašības, lai uztvertu oglekļa dioksīdu. Membrānām CO2 uztveršanai no dūmu skursteņiem ir jābūt divām funkcijām. Tiem jābūt selektīviem, ļaujot oglekļa dioksīdam iziet cauri, nevis citām izplūdes gāzēm. Tas rada koncentrētu oglekļa dioksīda plūsmu, ko pēc tam var saspiest un uzglabāt. Membrānām arī jābūt ļoti caurlaidīgām, lai CO2 varētu brīvi iziet cauri, lai samazinātu tā sūknēšanai nepieciešamo enerģiju.

Oglekļa nanocauruļu membrānas ir īpaši labas šim otrajam īpašumam. Saskaņā ar eksperimentiem, ko Bakajins vadīja Lawrence Livermore Nacionālajā laboratorijā, gāzes var pārvietoties pa nanocauruļu iekšpusi ārkārtīgi ātri – ar ātrumu 100 reizes ātrāk nekā caur parastajiem membrānas materiāliem. Šie rezultāti tika publicēti žurnālā Science 2006. gadā. Tā rezultātā membrānām, kuru pamatā ir nanocaurules, būtu nepieciešams daudz mazāk enerģijas nekā parastajām membrānām.

Problēma ar oglekļa nanocauruļu membrānām ir selektīva oglekļa dioksīda, nevis citu gāzu transportēšana dūmu skurstenī. Tas ir īpaši sarežģīti, jo galvenajam dūmgāzu komponentam slāpeklim ir daudzas īpašības, kas ir ļoti līdzīgas CO2. Kārlis Džonsons , Pitsburgas universitātes ķīmijas un naftas inženierijas profesors. Viena no metodēm oglekļa dioksīda izvēlei ir saistīt savienojumus ar oglekļa nanocauruļu galiem, kas ķīmiski piesaista oglekļa dioksīdu, bet ne citas gāzes. CO2 piesaistīšana radītu augstu tā koncentrāciju membrānas tuvumā, palielinot oglekļa dioksīda daudzumu, kas tiek transportēts cauri attiecībā pret slāpekli un citām dūmgāzēm. Šo savienojumu pievienošana ir īpaši vienkārša, jo nanocauruļu galos ir atvērtas vietas saistīšanai ar šādām molekulām, saka Bakajins.

Bakajins saka, ka tas ir izmēģināts ar tradicionāliem membrānas materiāliem, bet savienojumu pievienošana oglekļa dioksīda piesaistīšanai samazina šo membrānu caurlaidību tiktāl, ka tās vairs nav praktiskas. Īpaši augstā oglekļa nanocauruļu caurlaidība varētu palīdzēt atrisināt šo problēmu. Viņa saka, ka mums ir daudz caurlaidības, ko zaudēt. Ja caurlaidība samazinās tikpat daudz kā citiem membrānas materiāliem, mums joprojām viss ir kārtībā.

Viņa saka, ka uzņēmums ir identificējis vairākus daudzsološus kandidātus nanocauruļu modificēšanai, taču saka, ka informācija ir patentēta. Viņa saka, ka papildus tam, ka tiek izvēlēts viens no tiem, uzņēmums arī izstrādā, kā vislabāk ražot oglekļa nanocaurules membrānas, kas ietver izlemšanu, kādu materiālu izmantot, lai savienotu nanocaurules un kalpotu kā atbalsta materiāls. Dažiem ir priekšrocības ražošanā, daži ir labāki strukturāli, daži ir izturīgāki pret skarbu vidi, viņa saka. Jo vairāk mēs to darām, jo ​​vairāk domājam par jaunām lietām, ko izmēģināt.

Brūss Hinds , Kentuki universitātes ķīmijas profesors, kurš ir arī pierādījis nanocauruļu membrānu augsto caurlaidību, nav pārliecināts, ka oglekļa uztveršana ir vislabākais šo membrānu lietojums, daļēji tāpēc, ka ir izaicinājums padarīt oglekļa nanocauruļu membrānas selektīvas attiecībā uz oglekli. dioksīds. Viņš sāk ar farmaceitiskiem lietojumiem, piemēram, izmantojot membrānas, lai piegādātu zāles vai atdalītu ķīmiskās vielas zāļu ražošanas laikā. Tiem nav nepieciešama liela mēroga ražošana, kas ir labi, jo liela mēroga membrānu ražošana vēl nav pierādīta. Zāļu lietojumiem ir arī augstākas cenas, ļaujot izmantot dārgākus materiālus.

Porifera meklē arī citus iespējamos lietojumus. Tas nesen paziņoja finansējumu no DARPA, ASV Aizsardzības departamenta pētniecības un attīstības biroja, lai ražotu pārnēsājamas atsāļošanas sistēmas karavīriem. Oglekļa nanocaurules var transportēt šķidrumus 1000 reižu ātrāk nekā parastās membrānas. Papildus enerģijas taupīšanai šāds ātrs transports ļauj izmantot daudz mazākas membrānas, kas ir labāk piemērotas pārnēsājamām ierīcēm.

paslēpties