NCSU:n uusi puuvillakangaspohjainen suodatin on lupaava CO2-poistoaine

North Carolina State Universityn tutkijat havaitsivat, että he voisivat suodattaa hiilidioksidia ilma- ja kaasuseoksista lupaavilla nopeuksilla käyttämällä ehdotettua uutta tekstiilipohjaista suodatinta, jossa yhdistyvät puuvillakangas ja hiilihappoanhydraasi-niminen entsyymi – yksi luonnon työkaluista kemiallisten reaktioiden nopeuttamiseen.

The löydöksiä Ensimmäiset laboratoriotestit ovat askel eteenpäin sellaisen mahdollisen uuden hiilidioksidin talteenottoteknologian kehittämisessä, joka voisi vähentää biomassa-, hiili- tai maakaasuvoimaloiden hiilidioksidipäästöjä. Ja vaikka suodattimen kokoa olisi suurennettava merkittävästi, tutkijat uskovat, että niiden suunnittelu helpottaisi tätä vaihetta muihin ehdotettuihin ratkaisuihin verrattuna.

"Tällä tekniikalla haluamme pysäyttää hiilidioksidipäästöt niiden lähteellä, ja voimalaitokset ovat suurin hiilidioksidipäästöjen lähde tällä hetkellä", sanoi tutkimuksen johtava kirjoittaja. Jialong Shen, tutkijatohtorin tutkija NC Statessa. "Mielestämme menetelmämme tärkein etu verrattuna vastaavaan kohdennettuun tutkimukseen on se, että menetelmäämme voitaisiin helposti laajentaa perinteisillä tekstiilien valmistuslaitoksilla."

Tutkimusryhmän ehdotetun tekstiilipohjaisen kemiallisen suodattimen suunnittelun keskipiste on luonnossa esiintyvä hiilihappoanhydraasientsyymi, joka voi nopeuttaa reaktiota, jossa hiilidioksidi ja vesi muuttuvat bikarbonaatiksi, ruokasoodan yhdisteeksi. Entsyymillä on tärkeä rooli ihmiskehossa; se auttaa kuljettamaan hiilidioksidia, jotta se voidaan hengittää ulos.

"Lainasimme tämän upean entsyymin prosessissamme nopeuttaaksemme hiilidioksidin ottoa vesiliuoksessa", Shen sanoi.

Suodattimen luomiseksi tutkijat kiinnittivät entsyymin kaksikerroksiseen puuvillakankaaseen upottamalla kankaan liuokseen, joka sisälsi kitosaani-nimistä materiaalia, joka toimii kuin liima. Kitosaani vangitsee entsyymin fyysisesti ja saa sen tarttumaan kankaaseen.

Sitten tutkijat suorittivat sarjan kokeita nähdäkseen, kuinka hyvin heidän suodattimensa erottaisi hiilidioksidin hiilidioksidin ja typen ilmaseoksesta simuloiden voimalaitosten päästötasoja. He rullasivat kankaan spiraaliksi, jotta se voidaan työntää putkeen. He työnsivät kaasun putken läpi yhdessä vesipohjaisen liuoksen kanssa. Kun hiilidioksidi reagoi liuoksessa olevan veden ja entsyymin kanssa, se muuttui bikarbonaatiksi ja tippui suodattimesta ja putkesta. Sitten he ottivat bikarbonaattiliuoksen ja ohjasivat sen pois.

Kun he työnsivät ilmaa suodattimen läpi nopeudella 4 litraa minuutissa, he pystyivät poistamaan 52,3% hiilidioksidia yksipinoisella suodattimella ja 81,7% kaksipinoisella suodattimella. Vaikka havainnot ovat lupaavia, niiden on testattava suodatinta kaupallisissa voimalaitoksissa käytettyjen nopeampien ilmavirtausten suhteen. Vertailun vuoksi täyden mittakaavan toiminnassa pitäisi käsitellä yli 10 miljoonaa litraa savukaasuja minuutissa. Tutkijat tekevät yhteistyötä yhteistyökumppaneiden kanssa testatakseen suuremmassa mittakaavassa ja vertaillakseen heidän teknologiaansa muihin vertailukelpoisiin tutkittaviin teknologioihin.

"Se on tarina vielä kesken, mutta saimme todella jännittäviä alkutuloksia", sanoi tutkimuksen toinen kirjoittaja Sonja Lohi, tekstiilitekniikan, kemian ja tieteen apulaisprofessori NC Statessa. "Olemme edistyneet merkittävästi."

Sen lisäksi, että testattiin suodattimien hiilidioksidin talteenottonopeutta, he testasivat myös, kuinka hyvin suodatin toimisi viiden pesu-, kuivaus- ja varastointijakson jälkeen. He havaitsivat, että se pystyi ylläpitämään korkean suorituskyvyn.

"Entsyymi voidaan pitää alemmassa lämpötilassa erittäin pitkään ja se tulee olemaan kestävä", Shen sanoi. "Kangas tarjoaa sille fyysistä tukea ja rakennetta, samalla kun se tarjoaa suuren pinta-alan reagoida hiilidioksidin kanssa."

Hiilidioksidin talteenotto on vain yksi osa prosessia – he työskentelevät myös ongelman parissa, miten neste voidaan kierrättää sen jälkeen, kun se on poistunut suodattimesta, sekä prosessia, jossa bikarbonaatti muutetaan takaisin hiilidioksidiksi, jotta se voidaan varastoida ja varastoida. hävitetään tai käytetään muihin kaupallisiin tarkoituksiin.

"Haluamme regeneroida suodattimen kanssa käyttämämme vesiliuoksen, jotta voimme käyttää sitä yhä uudelleen", Salmon sanoi. "Prosessin se puoli vaatii enemmän työtä, jotta liuottimen regeneraatioenergia saadaan mahdollisimman pieneksi."

Tutkijat sanovat, että tarvitaan uusia hiilidioksidin talteenottoteknologioita, jotka vaativat vähemmän energiaa kuin olemassa olevat kaupalliset hiilidioksidin talteenottotekniikat, joista osaa käytetään vain hiilidioksidin suodattamiseen ja sen vapauttamiseen takaisin ilmakehään. He toivovat, että heidän hiilidioksidin talteenottojärjestelmänsä auttaisi alentamaan kustannuksia ja edistämään käyttöönottoa.

"On olemassa monia erilaisia tapoja sitoa hiilidioksidia", Shen sanoi. ”Nykyinen standardi kaupallisessa ympäristössä käyttää reaktiota, joka on niin nopea, niin vahva ja joka sitoo hiilidioksidia niin hyvin, ettei hiilidioksidia pääse helposti pois. Sinun on käytettävä erittäin korkeita lämpötiloja, mikä tarkoittaa paljon energiankulutusta. Tämä tekee prosessistasi kalliimman."

Tutkimus "Hiilianhydraasi immobilisoitu tekstiilirakenteisiin pakkauksiin käyttämällä kitosaanisulkua CO₂ Capture” oli julkaistu verkossa vuonna ACS Sustainable Chemistry & Engineering. Yhteiskirjoittajiin kuului Yue Yuan, joka valmistui tohtoriksi. Salmonin joukkueessa. Tutkimusta tukivat NC State ja Alliance for Sustainable Energy, Yhdysvaltain energiaministeriön National Renewable Energy Laboratoryn (NREL) johtaja ja operaattoriurakoitsija Bioenergy Technologies Officen (BETO) rahoittaman hankkeen kautta. NREL, NC State ja Kentuckyn yliopiston soveltavan energiatutkimuksen keskuksen välillä käyttäen Novozymesin entsyymejä.

Alkuperäinen artikkelin lähde: WRAL TechWire