روشی جدید برای حذف CO2 موجود در هوا

در یک روش جدید برای از بین بردن دی اکسید کربن از جریان هوا ، ابزاری مهم ارائه شده که میتواند در مقابله با تغییرات آب و هوایی کاربرد داشته باشد. این سیستم جدید می تواند تقریباً در هر سطح غلظت گاز کار کند ، حتی تقریباً در ۴۰۰ میلیون قطعه در جو.

اکثر روشهای از بین برنده‌ی دی اکسید کربن از یک جریان گازی ، نیاز به غلظت های بالایی از آن دارد ، مانند مواردی که در انتشار دودکش ها از نیروگاه های مبتنی بر سوخت فسیلی یافت می شود. محققان می گویند تغییرات مختلفی ایجاد شده است که می تواند با وجود غلظت کم آن گاز در هوا نیز کار کند ، اما این روش جدید شدیدا با انرژی و پرهزینه است.

این تکنیک ، بر اساس عبور هوا از طریق تعدادی از صفحات الکتروشیمیایی شارژ شده کار میکند . این تکنیک در مقاله جدیدی در مجله انرژی و علوم زیست محیطی ،  Energy and Environmental Science ، توسط  MIT ، Sahag Voskian ، که این کار را در دوره دکتری خود توسعه داده است  و T. Alan Hatton ، استاد مهندسی شیمی ، منتشر گردیده شده است.

این دستگاه در اصل یک باتری تخصصی بزرگ است که دی اکسید کربن را از هوا (یا جریان گاز دیگر) عبور می دهد و در اثر شارژ شدن از روی الکترودهای آن عبور می کند و پس از تخلیه گاز ، گاز را آزاد می کند. در حین کار ، دستگاه به سادگی بین شارژ و تخلیه متناوب خواهد بود ، زیرا در طی چرخه شارژ ، هوای تازه یا گازهای خوراکی از طریق سیستم دمیده می شود و سپس دی اکسید کربن خالص و غلیظ در هنگام تخلیه شارژ آزاد می شود.

با شارژ باتری ، یک واکنش الکتروشیمیایی در سطح هر یک از پشته های الکترود صورت می گیرد. آنها با ترکیبی به نام پلی آتراکینون که با نانو لوله های کربنی ترکیب شده است ، پوشیده شده اند. الکترودها میل طبیعی به دی اکسید کربن دارند و به آسانی با مولکول های آن در جریان هوا یا گازهای خوراکی واکنش نشان می دهند ، حتی اگر  غلظت های بسیار کمی از آن وجود داشته باشد. واکنش معکوس هنگام تخلیه باتری صورت می گیرد . در طی آن دستگاه می تواند بخشی از توان مورد نیاز کل سیستم را تأمین کند . در این فرآیند ، دستگاه جریانی از دی اکسید کربن خالص را بیرون میکشد . کل سیستم در دمای اتاق و فشار هوای معمولی عمل می کند.

Voskian میگوید :

بزرگترین مزیت این فناوری نسبت به سایر فناوریهای حبس کربن یا جذب کربن ، ماهیت باینری وابستگی جاذب به دی اکسید کربن است. به عبارت دیگر ، ماده الکترود بسته به وضعیت شارژ باتری یا تخلیه آن ، به ماهیت خود یا وابستگی بالایی دارد یا هیچ وابستگی به آن ندارد . سایر واکنشهای مورد استفاده برای جذب کربن به مراحل پردازش شیمیایی متوسط ​​یا ورود انرژی قابل توجهی مانند گرما یا اختلاف فشار نیاز دارند.

دانشمندان روش جدیدی را برای کاهش CO2 هوا کشف کرده اند . این روش برای هر غلظتی از گازهای موجود در هوا کارساز است.

بیشتر بخوانید : افزایش خطر چاقی و عوارض آن برای زنان و مردان


Voskian می گوید:

این میل باینری باعث می شود دی اکسید کربن را از هر غلظت ، از جمله ۴۰۰ قطعه در میلیون ، ضبط کند و اجازه می دهد تا آن را در هر جریان حامل ، از جمله ۱۰۰ درصد CO2 ، آزاد کند.

یعنی همانطور که هر گاز در پشته این سلولهای الکتروشیمیایی مسطح جریان می یابد ، در مرحله آزاد سازی دی اکسید کربن اسیر شده به همراه آن حمل می شود. به عنوان مثال ، اگر محصول نهایی موردنظر از دی اکسید کربن خالص باشد که در کربن سازی نوشیدنی ها مورد استفاده قرار گیرد ، می توان یک جریان از گاز خالص را از طریق صفحات به خارج از دستگاه فرستاد . سپس گاز اسیر شده از صفحات آزاد شده و به جریان می پیوندد.

در برخی از کارخانه های تولید بطری نوشابه ، سوخت فسیلی سوزانده می شود تا دی اکسید کربن مورد نیاز برای گازدار شدن نوشیدنی ها ایجاد شود . به همین ترتیب ، برخی از کشاورزان برای تولید دی اکسید کربن گازهای طبیعی خود را می سوزانند تا گیاهان خود را در گلخانه ها تغذیه کنند.

به گفته‌ی Voskian  ، سیستم جدید می تواند نیاز به سوخت های فسیلی را در این برنامه ها از بین ببرد ، و در این مرحله در واقع گازهای گلخانه ای را از هوا خارج کند. از طرف دیگر ، جریان دی اکسید کربن خالص می تواند برای دفع طولانی مدت در زیر زمین فشرده و تزریق شود ، یا حتی از طریق یک سری فرآیندهای شیمیایی و الکتروشیمیایی به سوخت تبدیل شود.

او می گوید فرآیندی که این سیستم برای ضبط و آزاد سازی دی اکسید کربن به کار می برد انقلابی است.

همه اینها در شرایط محیط است و نیازی به ورودی حرارتی ، فشار یا مواد شیمیایی نیست. فقط این ورق های بسیار نازک با هر دو سطح فعال هستند که می توانند در یک جعبه جمع شوند و به یک منبع برق وصل شوند.

Hatton می گوید:

در آزمایشگاه های من ، ما تلاش کرده ایم که فناوری های جدیدی را برای مقابله با طیف وسیعی از مسائل زیست محیطی ایجاد کنیم که از نیاز به منابع انرژی حرارتی ، تغییر فشار سیستم یا اضافه شدن مواد شیمیایی برای تکمیل چرخه های جدایی و رهاسازی جلوگیری کند.

این فنآوری ضبط دی اکسید کربن نمایشی آشکار از قدرت رویکردهای الکتروشیمیایی است که فقط برای نوسانات در ولتاژ کوچک نیاز به نوسان دارد.

در یک نیروگاه کار ، مثلا در نیروگاهی که بنزین اگزوز به طور مداوم تولید می شود ، می توان دو مجموعه از این دسته از پشته های سلول های الکتروشیمیایی را در کنار هم قرار داد تا به موازات کار کنند البته باید با گاز دودکش در ابتدا کارگردانی می شود.

یک مجموعه برای گرفتن کربن ، سپس به مجموعه دوم منحرف می شود در حالی که مجموعه اول به چرخه تخلیه آن می رود. با تغییر متناوب آن ، سیستم همیشه می تواند هم گاز را در دست بگیرد و هم تخلیه کند. در آزمایشگاه ، این تیم ثابت کرده است که سیستم قادر به تحمل حداقل ۷۰۰۰ چرخه شارژ-تخلیه ، با ۳۰ درصد از دست دادن کارآیی در این مدت است. محققان تخمین می زنند که آنها به راحتی می توانند آن را تا ۲۰،۰۰۰ تا ۵۰،۰۰۰ چرخه بهبود دهند.

خود الکترودها می توانند با روشهای استاندارد پردازش شیمیایی تولید شوند. Voskian می گوید :

در حالی که امروز این کار در یک آزمایشگاه انجام می شود ، می توان آن را طوری تنظیم کرد که در نهایت بتوانیم در مقادیر زیادی از طریق یک فرایند تولید نقش مشابه یک چاپخانه روزنامه بسازیم.

وی با بیان اینکه این روش می تواند برای چیزی مثل ده هزار در هر متر مربع الکترود تولید شود ، گفت: “ما تکنیک های بسیار مقرون به صرفه ای را توسعه داده ایم.”

در مقایسه با سایر فناوریهای موجود در زمینه ضبط کربن ، این سیستم کاملاً از لحاظ انرژی کارآمد است و از حدود یک گیگاول انرژی در هر تن دی اکسید کربن ضبط شده ، به طور مداوم استفاده میکند. Voskian می گوید ، سایر روشهای موجود نیز مصرف انرژی دارند که بسته به غلظت دی اکسید کربن ورودی ، بین ۱ تا ۱۰ گیگاول در هر تن متفاوت است.

محققان می گویند که محققان شرکتی به نام Verdox روشی برای تجاری سازی این روند راه‌اندازی کرده اند و امیدوارند ظرف چند سال آینده یک کارخانه مقیاس ایجاد کنند. این سیستم بسیار مقیاس پذیر است ، وی می گوید:

اگر ظرفیت بیشتری می خواهید ، فقط باید الکترود بیشتری بسازید.