Nowy filtr na bazie tkaniny bawełnianej firmy NCSU jest obiecujący jako usuwacz CO2

Naukowcy z North Carolina State University odkryli, że mogą filtrować dwutlenek węgla z mieszanin powietrza i gazów z obiecującą szybkością, korzystając z proponowanego nowego filtra tekstylnego, który łączy w sobie tkaninę bawełnianą i enzym zwany anhydrazą węglanową – jedno z naturalnych narzędzi przyspieszających reakcje chemiczne.

The Wyniki wyników wstępnych testów laboratoryjnych stanowią krok naprzód w rozwoju możliwej nowej technologii wychwytywania dwutlenku węgla, która mogłaby zmniejszyć emisję dwutlenku węgla z elektrowni na biomasę, węgiel lub gaz ziemny. I chociaż rozmiar filtra musiałby zostać znacznie powiększony, naukowcy uważają, że ich konstrukcja ułatwiłaby ten krok w porównaniu z innymi proponowanymi rozwiązaniami.

„Dzięki tej technologii chcemy zatrzymać emisję dwutlenku węgla u źródła, a elektrownie są obecnie głównym źródłem emisji dwutlenku węgla” – powiedział główny autor badania Jialong Shen, pracownik naukowy ze stopniem doktora w NC State. „Uważamy, że główną zaletą naszej metody w porównaniu z podobnie ukierunkowanymi badaniami jest to, że można ją łatwo skalować przy użyciu tradycyjnych zakładów produkujących tekstylia”.

Głównym elementem projektu zespołu badawczego dotyczącego proponowanego tekstylnego filtra chemicznego jest naturalnie występujący enzym anhydraza węglanowa, który może przyspieszyć reakcję, w wyniku której dwutlenek węgla i woda zamieniają się w wodorowęglan – związek występujący w sodzie oczyszczonej. Enzym odgrywa ważną rolę w organizmie człowieka; pomaga w transporcie dwutlenku węgla, dzięki czemu można go wydychać.

„Pożyczyliśmy ten wspaniały enzym w naszym procesie, aby przyspieszyć wchłanianie dwutlenku węgla w roztworze wodnym” – powiedział Shen.

Aby stworzyć filtr, badacze przyczepili enzym do dwuwarstwowej tkaniny bawełnianej, zanurzając ją w roztworze zawierającym materiał zwany chitozanem, który działa jak klej. Chitozan fizycznie zatrzymuje enzym, powodując jego przyklejenie się do tkaniny.

Następnie naukowcy przeprowadzili serię eksperymentów, aby sprawdzić, jak dobrze ich filtr będzie oddzielał dwutlenek węgla od mieszaniny dwutlenku węgla i azotu w powietrzu, symulując poziomy emitowane przez elektrownie. Zwinęli tkaninę w spiralę, aby można ją było wepchnąć do tuby. Przepchnęli gaz przez rurkę wraz z roztworem na bazie wody. Gdy dwutlenek węgla reagował z wodą w roztworze i enzymem, zamienił się w wodorowęglan i ściekał po filtrze i rurce. Następnie przechwycili roztwór wodorowęglanu i odesłali go.

Kiedy przepychali powietrze przez filtr z szybkością 4 litrów na minutę, byli w stanie wyciągnąć 52,3% dwutlenku węgla w przypadku filtra z pojedynczym filtrem i 81,7% w przypadku filtra z podwójnym filtrem. Chociaż odkrycia są obiecujące, należy przetestować filtr pod kątem większych prędkości przepływu powietrza stosowanych w elektrowniach komercyjnych. Dla porównania, operacja na pełną skalę wymagałaby przetworzenia ponad 10 milionów litrów gazów spalinowych na minutę. Naukowcy współpracują ze współpracownikami, aby przetestować swoją technologię na większą skalę i porównać ją z innymi porównywalnymi technologiami będącymi w fazie badań.

„To historia wciąż w toku, ale uzyskaliśmy naprawdę ekscytujące wstępne wyniki” – powiedział współautor badania Sonia Łosoś, profesor nadzwyczajny inżynierii tekstylnej, chemii i nauk ścisłych w NC State. „Zrobiliśmy bardzo znaczący postęp”.

Oprócz przetestowania szybkości wychwytywania węgla przez filtry przetestowano także skuteczność filtra po pięciu cyklach mycia, suszenia i przechowywania. Odkryli, że może utrzymać wysoki poziom wydajności.

„Enzym można utrzymywać w niższej temperaturze przez bardzo długi czas i będzie trwały” – powiedział Shen. „Tkanina zapewnia jej fizyczne wsparcie i strukturę, jednocześnie zapewniając dużą powierzchnię do reakcji z dwutlenkiem węgla”.

Wychwytywanie dwutlenku węgla to tylko jedna część procesu – pracują również nad problemem recyklingu cieczy po opuszczeniu filtra, a także nad procesem przekształcania wodorowęglanu z powrotem w dwutlenek węgla, aby można go było przechowywać i usuwane lub wykorzystywane do innych celów komercyjnych.

„Chcemy zregenerować roztwór wodny, którego używamy w filtrze, abyśmy mogli go używać wielokrotnie” – powiedział Salmon. „Ta część procesu wymaga więcej pracy, aby energia regeneracji rozpuszczalnika była jak najniższa.”

Naukowcy twierdzą, że potrzebne są nowe technologie wychwytywania dwutlenku węgla, które wymagałyby mniej energii niż istniejące skomercjalizowane technologie wychwytywania dwutlenku węgla, z których niektóre służą jedynie do filtrowania dwutlenku węgla i uwalniania go z powrotem do atmosfery. Mają nadzieję, że ich system wychwytywania dwutlenku węgla pomoże obniżyć koszty i zwiększyć adopcję.

„Istnieje wiele różnych sposobów wychwytywania dwutlenku węgla” – powiedział Shen. „Obecny standard stosowany w warunkach komercyjnych wykorzystuje reakcję, która jest tak szybka, tak silna i która tak dobrze wiąże dwutlenek węgla, że nie można go łatwo usunąć. Trzeba stosować bardzo wysokie temperatury, co oznacza duże zużycie energii. To sprawia, że proces jest droższy.”

Badanie „Anhydraza węglanowa unieruchomiona na tekstylnym opakowaniu strukturalnym przy użyciu pułapki chitozanowej dla CO”₂ Przechwytywanie” było opublikowane w Internecie w ACS Zrównoważona chemia i inżynieria. Wśród współautorów znalazła się Yue Yuan, która obroniła doktorat. w drużynie Salmona. Badanie zostało wsparte przez stan NC oraz Alliance for Sustainable Energy, wykonawcę zarządzającego i operatora Krajowego Laboratorium Energii Odnawialnej (NREL) dla Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych, w ramach projektu finansowanego przez Biuro Technologii Bioenergii (BETO), w ramach współpracy pomiędzy NREL w stanie Karolina Północna a Centrum Badań Stosowanych nad Energią Uniwersytetu Kentucky, przy użyciu enzymów firmy Novozymes.

Oryginalne źródło artykułu: WRALTechWire