211service.com
Wychwytywanie węgla za pomocą nanorurek
Membrany wykonane z nanorurek węglowych mogą zmniejszyć ilość energii potrzebnej do wychwytywania emisji dwutlenku węgla z kominów, a tym samym obniżyć koszty, według firmy, która otrzyma 1 milion dolarów od nowej agencji ds. zaawansowanych projektów badawczych w dziedzinie energii, Arpa-e, rozwijać technologię.
Firma, Hayward, CA z siedzibą Porifera twierdzi, że jego membrany z nanorurek węglowych mogą wychwytywać miliard do trzech miliardów ton dwutlenku węgla rocznie i zaoszczędzić 10 miliardów dolarów rocznie w porównaniu z istniejącą technologią wychwytywania CO2. W tym momencie jednak prace są na wczesnym etapie, mówi Olgica Bakajin, dyrektor ds. technologii w Porifera. Spodziewa się, że minie kolejny rok, zanim pierwszy prototyp będzie gotowy.
Firma ma nadzieję wykorzystać pewne szczególne właściwości nanorurek do wychwytywania dwutlenku węgla. Membrany do wychwytywania CO2 z kominów muszą mieć dwie cechy. Muszą być selektywne, przepuszczając dwutlenek węgla, a nie inne spaliny. W ten sposób powstaje skoncentrowany strumień dwutlenku węgla, który można następnie skompresować i przechowywać. Membrany muszą być również wysoce przepuszczalne, co pozwala na swobodny przepływ CO2 w celu zminimalizowania energii potrzebnej do jego przepompowania.
Membrany z nanorurek węglowych są szczególnie dobre dla tej drugiej właściwości. Według eksperymentów prowadzonych przez Bakajina w Lawrence Livermore National Laboratory gazy mogą przemieszczać się przez wnętrze nanorurek niezwykle szybko – w tempie 100 razy szybszym niż przez konwencjonalne materiały membranowe. Wyniki te zostały opublikowane w czasopiśmie Science w 2006 roku. W rezultacie membrany oparte na nanorurkach wymagałyby znacznie mniej energii niż konwencjonalne membrany.
Wyzwanie związane z membranami z nanorurek węglowych polega na selektywnym transporcie dwutlenku węgla, a nie innych gazów w kominie. Jest to szczególnie trudne, ponieważ azot, główny składnik spalin, ma wiele właściwości bardzo podobnych do CO2, mówi Karl Johnson , profesor inżynierii chemicznej i naftowej na Uniwersytecie w Pittsburghu. Jednym ze sposobów wyboru dwutlenku węgla jest wiązanie związków na końcach nanorurek węglowych, które chemicznie przyciągają dwutlenek węgla, ale nie inne gazy. Przyciąganie CO2 spowodowałoby powstanie jego wysokich stężeń w pobliżu membrany, zwiększając ilość transportowanego dwutlenku węgla w stosunku do azotu i innych gazów spalinowych. Przyłączanie tych związków jest szczególnie łatwe, ponieważ końce nanorurek mają otwarte miejsca do wiązania się z takimi cząsteczkami, mówi Bakajin.
Bakajin mówi, że próbowano tego z bardziej konwencjonalnymi materiałami membranowymi, ale dodanie związków przyciągających dwutlenek węgla zmniejsza przepuszczalność tych membran do tego stopnia, że nie są już praktyczne. Niezwykle wysoka przepuszczalność nanorurek węglowych może pomóc w rozwiązaniu tego problemu. Mówi, że mamy dużo do stracenia przepuszczalności. Jeśli przepuszczalność spada tak bardzo, jak w przypadku innych materiałów membranowych, nadal nic nam nie jest.
Mówi, że firma zidentyfikowała kilku obiecujących kandydatów do modyfikacji nanorurek, ale szczegóły są zastrzeżone. Oprócz wybrania jednego z nich, jak mówi, firma pracuje również nad najlepszym sposobem produkcji membran z nanorurek węglowych, co obejmuje podjęcie decyzji, jakiego materiału użyć do związania nanorurek ze sobą i służyć jako materiał podporowy. Niektóre mają zalety w produkcji, inne są lepsze pod względem konstrukcyjnym, inne są bardziej odporne na trudne warunki, mówi. Im częściej to robimy, tym więcej myślimy o nowych rzeczach do wypróbowania.
Bruce Hinds , profesor chemii na Uniwersytecie w Kentucky, który również wykazał wysoką przepuszczalność membran z nanorurek, nie jest przekonany, że wychwytywanie węgla jest najlepszym zastosowaniem dla tych membran, po części ze względu na wyzwanie, jakim jest stworzenie membran z nanorurek węglowych selektywnych dla węgla dwutlenek. Zaczyna od zastosowań farmaceutycznych – takich jak używanie membran do dostarczania leków lub oddzielania chemikaliów podczas produkcji leków. Nie wymagają one produkcji na dużą skalę, co jest dobre, ponieważ produkcja membran na dużą skalę nie została jeszcze zademonstrowana. Zastosowania leków wiążą się również z wyższymi cenami, co pozwala na droższe materiały.
Porifera szuka również innych potencjalnych zastosowań. To niedawno ogłoszony finansowanie z DARPA, biura badawczo-rozwojowego Departamentu Obrony USA, na produkcję przenośnych systemów odsalania dla żołnierzy. Nanorurki węglowe mogą transportować płyny 1000 razy szybciej niż konwencjonalne membrany. Oprócz oszczędności energii, tak szybki transport umożliwia zastosowanie znacznie mniejszych membran, które lepiej sprawdzają się w urządzeniach przenośnych.