省理工学院开发的“革命性”从空气中去除二氧化碳的新方法[视频]

时间:2019-10-25 16:05 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

省理工学院开发的“革命性”从空气中去除二氧化碳的新方法[视频]

  该过程可以处理任何浓度的气体,从发电厂的排放到露天。

  从空气流中去除二氧化碳的新方法可以为对抗气候变化提供重要工具。新系统几乎可以在任何浓度下使用气体,甚至可以降低到目前大气中约百万分之400的水平。

  从气流中去除二氧化碳的大多数方法都需要更高的浓度,例如从化石燃料发电厂的烟道气中发现的浓度。研究人员说,已经开发出了一些变种,它们可以与空气中的低浓度一起使用,但是这种新方法的能源消耗和成本大大降低。

  该技术的基础上,使空气通过电化学充电板的堆叠,以说明新的论文在杂志上能源与环境科学,由麻省理工学院博士后Sahag Voskian,谁是他的博士期间制定的工作,和T.艾伦哈顿,拉尔夫·兰道化学工程教授。

  新型的平行通道吸附系统允许电化学切换CO2亲和力,以实现高度选择性的高效碳捕获。

  该设备本质上是大型专用电池,在充电时会从流过其电极的空气(或另一股气流)中吸收二氧化碳,然后在放电时释放出气体。在操作中,该设备将简单地在充电和放电之间交替,在充电周期中将新鲜空气或原料气吹入系统,然后在放电过程中吹出纯净的浓缩二氧化碳。

  随着电池充电,在电极堆叠中的每一个的表面处发生电化学反应。这些被涂有称为聚蒽醌的化合物,该化合物与碳纳米管复合。电极对二氧化碳具有天然的亲和力,即使在浓度很低的情况下也容易与气流或进料气中的分子发生反应。当电池放电时会发生逆反应-在此期间,设备可以提供整个系统所需的部分电能-并且在此过程中会排出纯净的二氧化碳流。整个系统在室温和正常气压下运行。

  “与大多数其他碳捕获或碳吸收技术相比,该技术的最大优势是吸附剂对二氧化碳的亲和力具有二元性质,” Voskian解释说。换句话说,根据电池的充电或放电状态,电极材料的性质“具有高亲和力或没有亲和力”。用于碳捕获的其他反应需要中间化学处理步骤或大量能量(例如热量或压力差)的输入。

  Voskian说:“这种二元亲和力可以捕获任何浓度的二氧化碳,包括百万分之400,并释放到任何载流中,包括100%CO 2 ”。即,当任何气体流过这些扁平电化学电池的堆时,在释放步骤中,捕获的二氧化碳将随其携带。例如,如果所需的最终产品是用于饮料碳酸化的纯二氧化碳,则可以将纯气流吹过板。然后,捕获的气体从板中释放出来并加入气流。

  在一些软饮料装瓶厂中,化石燃料被燃烧以产生二氧化碳,从而使饮料具有泡沫。同样,一些农民燃烧天然气产生二氧化碳,以供温室里的植物饲喂。Voskian说,新系统可以消除在这些应用中对化石燃料的需求,并且在此过程中实际上是将温室气体排除在空气中。或者,可以将纯二氧化碳流压缩并注入地下进行长期处理,甚至可以通过一系列化学和电化学过程将其制成燃料。

  他说,该系统用于捕获和释放二氧化碳的过程是“革命性的”。“所有这些都是在环境条件下进行的–无需热,压力或化学输入。正是这些非常薄的薄片,两个表面都处于活动状态,可以堆叠在盒子中并连接到电源。”

  “在我的实验室中,我们一直在努力开发新技术,以解决一系列环境问题,从而避免了对热能源的需求,系统压力的变化或化学物质的添加,从而完成了分离和释放循环,” Hatton说。“这种二氧化碳捕集技术清楚地展示了电化学方法的强大功能,这些方法只需要很小的电压波动即可驱动分离。”

  在工作工厂中,例如在不断产生废气的发电厂中,可以并排设置两组这样的电化学电池堆以并行运行,其中烟气首先被引导到一组进行碳捕集,然后转移到第二组,而第一组进入其排放循环。通过来回交替,系统可以始终同时捕获和排放气体。在实验室中,该团队已经证明该系统可以承受至少7,000次充放电循环,在这段时间内效率损失30%。研究人员估计,他们可以轻松地将其提高到20,000至50,000个周期。

  电极本身可以通过标准化学处理方法制造。Voskian说,虽然今天是在实验室环境中完成的,但可以对其进行调整,以便最终可以通过类似于报纸印刷机的卷对卷制造工艺大量生产它们。他说:“我们已经开发出非常具有成本效益的技术,”他估计,这种材料的生产成本可能约为每平方米电极数十美元。

  与其他现有的碳捕获技术相比,该系统具有很高的能源效率,始终如一地每捕获一吨二氧化碳使用约一千兆焦耳的能量。Voskian说,其他现有方法的能源消耗每吨介于1到10吉焦耳之间,具体取决于进口二氧化碳的浓度。

  他说,研究人员已经成立了一家名为Verdox的公司,以将该工艺商业化,并希望在未来几年内开发出中试规模的工厂。他说,该系统非常易于扩展:“如果需要更大的容量,则只需要制造更多的电极即可。”

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