NCSU の新しい綿布ベースのフィルターは CO2 除去剤としての期待を示しています

2022年6月3日

ノースカロライナ州立大学の研究者らは、提案されている新しい繊維ベースのフィルターを使用して、空気とガスの混合物から二酸化炭素を有望な速度でろ過できることを発見した。このフィルターは、綿生地と、化学反応を促進するための自然のツールの1つである炭酸脱水酵素と呼ばれる酵素を組み合わせたものである。

の所見最初の実験室での試験で得られた結果は、バイオマス、石炭、または天然ガス発電所からの二酸化炭素排出量を削減できる可能性のある新しい炭素回収技術の開発における一歩前進を示しています。また、フィルターのサイズを大幅に拡大する必要があるものの、研究者らは、提案されている他のソリューションと比較して、その設計によりそのステップが容易になると考えています。

「この技術を利用して、私たちは二酸化炭素の排出を根源から止めたいと考えていますが、現時点では発電所が二酸化炭素の主な排出源となっています」と研究の筆頭著者は述べた。沈嘉龍、ノースカロライナ州立大学博士研究員。「同様の対象を対象とした研究と比較した場合の私たちの手法の主な利点は、従来の繊維製造設備を使用して簡単に規模を拡大できることだと考えています。」

提案されている繊維ベースのケミカルフィルターの研究チームの設計の中心は、二酸化炭素と水が重曹の化合物である重炭酸塩に変化する反応を促進する天然酵素炭酸脱水酵素である。酵素は人体の中で重要な役割を果たしています。二酸化炭素を輸送して吐き出すのに役立ちます。

「私たちは、水溶液中の二酸化炭素の取り込みを加速するために、この素晴らしい酵素をプロセスに取り入れました」とシェン氏は言います。

フィルターを作成するために、研究者らは、接着剤のような働きをするキトサンと呼ばれる物質を含む溶液に布地を浸し、2層の綿布地に酵素を付着させた。キトサンは酵素を物理的に捕捉し、酵素を布地に付着させます。

研究者らはその後、発電所から排出されるレベルをシミュレートして、二酸化炭素と窒素の混合空気からフィルターが二酸化炭素をどの程度分離できるかを確認する一連の実験を実施した。彼らは布をらせん状に丸めて、管の中に押し込めるようにしました。彼らは、水ベースの溶液とともにガスをチューブに押し込みました。二酸化炭素が溶液中の水および酵素と反応すると、重炭酸塩に変化し、フィルターとチューブに滴下します。その後、彼らは重炭酸塩溶液を捕捉して外部に排出しました。

毎分 4 リットルの速度でフィルターに空気を押し込むと、単層フィルターでは 52.3%、二層フィルターでは 81.7% の二酸化炭素を取り出すことができました。この結果は有望ではありますが、商用発電所で使用されるより速い空気流量に対してフィルターをテストする必要があります。比較のために、本格的な操業では毎分 1,000 万リットルを超える排ガスを処理する必要があります。研究者らは共同研究者と協力して、より大規模なテストを行い、自社の技術を研究中の他の同等の技術と比較している。

「これはまだ進行中の話ですが、非常に興味深い初期結果が得られました」と研究の共著者は述べたソーニャサーモン、ノースカロライナ州立大学の繊維工学、化学、科学の准教授。「私たちは非常に重要な進歩を遂げました。」

フィルターの炭素捕捉率をテストすることに加えて、洗浄、乾燥、保管を 5 サイクル行った後にフィルターがどの程度機能するかについてもテストしました。彼らは、それが高いレベルのパフォーマンスを維持できることを発見しました。

「酵素は低温で非常に長期間維持でき、耐久性があります」とシェン氏は語った。「この生地は物理的なサポートと構造を提供すると同時に、二酸化炭素と反応するための広い表面積を提供します。」

二酸化炭素の捕捉はプロセスの一部にすぎません。彼らは、フィルターを出た後の液体をどのようにリサイクルするかという問題や、重炭酸塩を二酸化炭素に戻して保存できるようにするプロセスにも取り組んでいます。廃棄されるか、他の商業目的に使用されます。

「フィルターで使用する水溶液を再生して、何度も使えるようにしたいのです」とサーモン氏は語った。「溶媒の再生エネルギーを可能な限り低くするために、プロセスのその側ではさらに多くの作業が必要です。」

研究者らは、既存の商業化された炭素回収技術（その一部は二酸化炭素を濾過して大気中に放出するためだけに使用される技術）よりも少ないエネルギーで済む新しい炭素回収技術が必要であると述べている。彼らは、自社の二酸化炭素回収システムがコストを削減して普及を促進するのに役立つことを期待しています。

「二酸化炭素を回収するにはさまざまな方法があります」とシェン氏は言う。「商業環境における現在の標準は、非常に速く、非常に堅牢で、二酸化炭素と非常によく結合する反応を使用しているため、二酸化炭素を簡単に取り出すことはできません。非常に高い温度を使用する必要があるため、多くのエネルギーを消費します。そのため、プロセスのコストが高くなります。」

研究「キトサンによるCOの捕捉を利用した繊維構造パッキング上に固定化された炭酸脱水酵素」₂ キャプチャー』は、でオンラインで公開されました ACS 持続可能な化学と工学。共著者には、博士号を取得した Yue Yuan が含まれています。サーモンのチームで。この研究は、ノースカロライナ州と、米国エネルギー省の国立再生可能エネルギー研究所（NREL）の管理および運営請負業者である持続可能なエネルギー同盟によって、共同研究としてバイオエネルギー技術局（BETO）の資金提供を受けたプロジェクトを通じて支援されました。ノースカロライナ州NRELとケンタッキー大学応用エネルギー研究センターの間で、Novozymesの酵素を使用して共同研究が行われました。

元の記事の出典: WRAL TechWire