מסנן חדש על בסיס בד כותנה מ-NCSU מראה הבטחה כמסיר CO2

חוקרים מאוניברסיטת צפון קרוליינה גילו שהם יכולים לסנן פחמן דו חמצני מתערובות אוויר וגזים בקצבים מבטיחים באמצעות מסנן חדש מבוסס טקסטיל המשלב בד כותנה ואנזים בשם פחמן אנהידראז - אחד הכלים של הטבע להאצת תגובות כימיות.

ה ממצאים מבדיקות מעבדה ראשוניות מייצגים צעד קדימה בפיתוח של טכנולוגיה חדשה אפשרית לכידת פחמן שיכולה להפחית את פליטת הפחמן הדו חמצני מתחנות כוח ביומסה, פחם או גז טבעי. ולמרות שיהיה צורך להגדיל את המסנן באופן משמעותי, החוקרים חושבים שהתכנון שלהם יקל על השלב הזה בהשוואה לפתרונות אחרים המוצעים.

"עם הטכנולוגיה הזו, אנחנו רוצים לעצור את פליטת הפחמן הדו חמצני במקור, ותחנות הכוח הן המקור העיקרי לפליטת פחמן דו חמצני כרגע", אמר המחבר הראשי של המחקר ג'יאלונג שן, חוקר פוסט-דוקטורט במדינת NC. "אנחנו חושבים שהיתרון העיקרי של השיטה שלנו בהשוואה למחקר ממוקד דומה הוא שניתן להגדיל את השיטה שלנו בקלות באמצעות מתקני ייצור טקסטיל מסורתיים."

החלק המרכזי של התכנון של צוות המחקר עבור מסנן כימי מוצע על בסיס טקסטיל הוא האנזים פחמן אנהידראז המופיע באופן טבעי, שיכול להאיץ תגובה שבה פחמן דו חמצני ומים יהפכו לביקרבונט, תרכובת בסודה לשתייה. לאנזים תפקיד חשוב בגוף האדם; זה עוזר להעביר פחמן דו חמצני כדי שניתן יהיה לנשוף אותו.

"שאלנו את האנזים הנפלא הזה בתהליך שלנו כדי להאיץ את ספיגת הפחמן הדו חמצני בתמיסה מימית", אמר שן.

כדי ליצור את המסנן, החוקרים חיברו את האנזים לבד כותנה דו-שכבתי על ידי טביעת הבד בתמיסה המכילה חומר בשם צ'יטוסן, הפועל כמו דבק. הצ'יטוזן לוכד פיזית את האנזים, וגורם לו להיצמד לבד.

לאחר מכן החוקרים ערכו סדרה של ניסויים כדי לראות עד כמה המסנן שלהם יפריד פחמן דו חמצני מתערובת אוויר של פחמן דו חמצני וחנקן, המדמה רמות הנפלטות מתחנות כוח. הם גלגלו את הבד לספירלה כדי שניתן יהיה לדחוף אותו לתוך צינור. הם דחפו את הגז דרך הצינור, יחד עם תמיסה על בסיס מים. כשהפחמן הדו חמצני הגיב עם המים בתמיסה והאנזים, הוא הפך לביקרבונט וטפטף במורד המסנן והצינור. לאחר מכן, הם לכדו את תמיסת הביקרבונט וניתבו אותה החוצה.

כשהם דחפו אוויר דרך המסנן בקצב של 4 ליטר לדקה, הם יכלו לשלוף 52.3% של פחמן דו חמצני עם מסנן בעל ערימה אחת, ו-81.7% עם מסנן בעל ערימה כפולה. למרות שהממצאים מבטיחים, הם צריכים לבדוק את המסנן מול קצבי זרימת האוויר המהירים יותר המשמשים בתחנות כוח מסחריות. לשם השוואה, פעולה בקנה מידה מלא יצטרך לעבד יותר מ-10 מיליון ליטר גז פליטה בדקה. החוקרים עובדים עם משתפי פעולה כדי לבדוק בקנה מידה גדול יותר ולהשוות את הטכנולוגיה שלהם לטכנולוגיות דומות אחרות הנבדקות.

"זה סיפור שעדיין בעיצומו, אבל קיבלנו כמה תוצאות ראשוניות מרגשות", אמר שותף במחקר סוניה סלמון, פרופסור חבר להנדסת טקסטיל, כימיה ומדעים ב-NC State. "עשינו התקדמות משמעותית מאוד".

בנוסף לבדיקת שיעורי לכידת הפחמן של המסננים, הם גם בדקו עד כמה המסנן יעבוד לאחר חמישה מחזורי כביסה, ייבוש ואחסון. הם גילו שזה יכול לשמור על רמת ביצועים גבוהה.

"ניתן לשמור על האנזים בטמפרטורה נמוכה יותר למשך זמן רב והוא יהיה עמיד", אמר שן. "הבד מספק לו תמיכה פיזית ומבנה, תוך שהוא מספק שטח פנים גדול להגיב עם הפחמן הדו חמצני."

לכידת הפחמן הדו חמצני הוא רק חלק אחד מהתהליך - הם גם עובדים על הבעיה של איך למחזר את הנוזל לאחר יציאתו מהפילטר, כמו גם תהליך הפיכת הביקרבונט בחזרה לפחמן דו חמצני כדי שניתן יהיה לאחסן אותו. נפטר או נעשה בו שימוש למטרות מסחריות אחרות.

"אנחנו רוצים לשקם את תמיסת המים שבה אנו משתמשים עם המסנן כדי שנוכל להשתמש בו שוב ושוב", אמר סלמון. "הצד הזה של התהליך צריך יותר עבודה, כדי להפוך את אנרגיית ההתחדשות של הממס לנמוכה ככל האפשר."

החוקרים אומרים שדרושות טכנולוגיות חדשות ללכידת פחמן שיצריכו פחות אנרגיה מאשר טכנולוגיות קיימות ללכידת פחמן ממוסחרות, שחלקן משמשות רק כדי לסנן פחמן דו חמצני ולשחרר אותו בחזרה לאטמוספירה. הם מקווים שמערכת לכידת הפחמן שלהם תוכל לעזור להוזיל את העלות כדי להגביר את האימוץ.

"יש הרבה דרכים שונות ללכוד פחמן דו חמצני", אמר שן. "התקן הנוכחי בסביבה המסחרית משתמש בתגובה שהיא כל כך מהירה, כל כך חזקה, וקושרת את הפחמן הדו-חמצני כל כך טוב, עד שאי אפשר להוציא את הפחמן הדו-חמצני בקלות. אתה צריך להשתמש בטמפרטורות גבוהות מאוד, מה שאומר צריכת אנרגיה רבה. זה מייקר את התהליך שלך".

המחקר, "אנהידראז פחמן משותק על אריזה מובנית בטקסטיל באמצעות לכידת צ'יטוזן עבור CO₂ לכידת" היה פורסם באינטרנט ב ACS Sustainable Chemistry & Engineering. מחברים שותפים כללו את Yue Yuan, שסיימה את הדוקטורט שלה. בצוות של סלמון. המחקר נתמך על ידי NC State ועל ידי הברית לאנרגיה בת קיימא, קבלן ניהול ומפעיל עבור המעבדה הלאומית לאנרגיה מתחדשת (NREL) עבור משרד האנרגיה האמריקאי, באמצעות פרויקט במימון משרד ביו-אנרגיה (BETO), כשיתוף פעולה בין NREL, מדינת NC והמרכז לחקר אנרגיה יישומי של אוניברסיטת קנטקי, באמצעות אנזימים מ-Novozymes.

מקור המאמר המקורי: WRAL TechWire