Японские исследователи разработали углеродный материал, который высвобождает уловленный CO2 при более низких температурах, что позволяет снизить затраты.
Японские исследователи разработали новый углеродсодержащий материал, способный высвобождать уловленный углекислый газ при гораздо более низких температурах, что потенциально может снизить стоимость улавливания углерода.
В большинстве существующих систем для высвобождения уловленного CO2 требуется высокая температура. Этот этап, известный как десорбция, часто требует температуры выше 212°F (100°C), что делает процесс энергоемким и дорогостоящим.
Это одна из главных причин, почему технологии улавливания углерода не получили широкого распространения, несмотря на то, что они доступны уже несколько десятилетий.
Новый материал, называемый вициазитом, способен высвобождать большую часть уловленного CO2 при температурах ниже 140°F, предлагая более энергоэффективную альтернативу.
Меньше тепла, меньше затрат
Исследование проводилось под руководством ученых из Университета Тиба, которые разработали три типа этих материалов, тщательно контролируя расположение атомов азота в углеродной структуре.
Твердые адсорбенты на основе углерода уже рассматриваются как многообещающая альтернатива жидким системам, поскольку они способны улавливать CO2 с меньшими затратами энергии. Однако в большинстве случаев химические группы, связывающие CO2, распределены случайным образом, что делает их эффективность непредсказуемой.
Новый подход меняет ситуацию. Команда создала материалы, в которых азотсодержащие группы расположены рядом друг с другом в определенных конфигурациях. Такое точное расположение улучшает способность материала улавливать и выделять CO2.
Для создания этих материалов исследователи использовали многоступенчатый процесс, включающий высокотемпературную обработку и химическую модификацию. В результате были получены три различных варианта, каждый с различной конфигурацией атомов азота.
Эксперименты показали, что две из этих версий улавливали CO2 эффективнее, чем стандартные углеродные материалы. Одна из версий выделялась в процессе десорбции, высвобождая большую часть газа при значительно более низких температурах.
«Оценка характеристик показала, что в углеродных материалах, где группы NH2 вводятся в соседние области, большая часть адсорбированного CO2 десорбируется при температурах ниже 60 °C», — сказал Ясухиро Ямада.
Разработано на молекулярном уровне
Снижение температуры, необходимой для выброса CO2, может уменьшить потребление энергии, позволяя использовать в процессе отработанное тепло промышленных предприятий вместо специализированных систем отопления.
Это может сделать улавливание углерода более практичным для отраслей, производящих большие объемы выбросов, таких как электроэнергетика и обрабатывающая промышленность.
Исследование также показало, что различные конфигурации азота влияют на долговечность. В то время как один материал показал лучшие результаты при более низких температурах, другой продемонстрировал лучшую долговременную стабильность благодаря своей химической структуре.
«Наша цель — внести вклад в будущее общества и использовать недавно разработанные нами углеродные материалы с контролируемой структурой», — сказал Ямада.
Помимо улавливания углерода, исследователи предполагают, что эти материалы могут быть использованы в других областях, включая адсорбцию металлов и катализ, благодаря возможности регулирования их поверхностных свойств.
Демонстрируя возможность создания таких азотных конфигураций контролируемым и воспроизводимым способом, данное исследование открывает новое направление в разработке более эффективных материалов для улавливания углерода.
Результаты исследования были опубликованы в журнале Carbon.
Sourse: interestingengineering.com
