Đột phá về thu giữ carbon: Màng hỗ trợ độ ẩm bơm CO2 ra khỏi không khí
Bởi ĐẠI HỌC NEWCASTLE NGÀY 19 THÁNG 7 NĂM 2024
Một loại màng cải tiến có khả năng thu giữ carbon dioxide từ không khí bằng cách sử dụng sự chênh lệch độ ẩm đã được phát triển. Phương pháp tiết kiệm năng lượng này có thể giúp đáp ứng các mục tiêu về khí hậu bằng cách cung cấp nguồn carbon dioxide bền vững cho nhiều ứng dụng khác nhau. (Khái niệm của nghệ sĩ.) Nhà cung cấp: SciTechDaily.com
Một công nghệ màng mới do Đại học Newcastle phát triển tận dụng độ ẩm để thu giữ carbon dioxide một cách hiệu quả, đưa ra giải pháp đầy hứa hẹn để thu giữ không khí trực tiếp bền vững cần thiết nhằm đạt được các mục tiêu về khí hậu.
Chụp trực tiếp bằng không khí được xác định là một trong “Bảy phương pháp phân tách hóa học làm thay đổi thế giới”. Điều này là do mặc dù carbon dioxide là tác nhân chính gây ra biến đổi khí hậu (chúng ta thải ra ~40 tỷ tấn vào khí quyển mỗi năm), việc tách carbon dioxide ra khỏi không khí là rất khó khăn do nồng độ loãng của nó (~0,04%).
Những thách thức trong việc tách Carbon Dioxide
Giáo sư Ian Metcalfe, Chủ tịch Học viện Kỹ thuật Hoàng gia về Công nghệ mới nổi tại Trường Kỹ thuật, Đại học Newcastle, Vương quốc Anh và nhà nghiên cứu chính cho biết: “Quy trình phân tách pha loãng là quy trình phân tách khó thực hiện nhất vì hai lý do chính. Thứ nhất, do nồng độ thấp nên động học (tốc độ) của các phản ứng hóa học nhằm loại bỏ thành phần loãng rất chậm. Thứ hai, việc cô đặc thành phần loãng cần rất nhiều năng lượng.”
Đây là hai thách thức mà các nhà nghiên cứu ở Newcastle (cùng các đồng nghiệp tại Đại học Victoria của Wellington, New Zealand, Imperial College London, Vương quốc Anh, Đại học Oxford, Vương quốc Anh, Đại học Strathclyde, Vương quốc Anh và UCL, Vương quốc Anh) đặt ra để giải quyết bằng công nghệ mới của họ. quá trình màng. Bằng cách sử dụng sự khác biệt về độ ẩm xảy ra tự nhiên làm động lực bơm carbon dioxide ra khỏi không khí, nhóm nghiên cứu đã vượt qua thách thức về năng lượng. Sự hiện diện của nước cũng đẩy nhanh quá trình vận chuyển carbon dioxide qua màng, giải quyết thách thức động học.
Những đổi mới trong công nghệ màng
Công trình được xuất bản trên tạp chí Nature Energy và Tiến sĩ Greg A. Mutch, Thành viên Học viện Kỹ thuật Hoàng gia thuộc Trường Kỹ thuật, Đại học Newcastle, Vương quốc Anh giải thích: “Thu giữ không khí trực tiếp sẽ là thành phần quan trọng của hệ thống năng lượng trong tương lai. Sẽ cần phải thu được lượng khí thải từ các nguồn carbon dioxide phân tán, di động mà không thể dễ dàng khử cacbon theo những cách khác.”
“Trong nghiên cứu của mình, chúng tôi chứng minh màng tổng hợp đầu tiên có khả năng thu giữ carbon dioxide từ không khí và tăng nồng độ của nó mà không cần sử dụng năng lượng truyền thống như nhiệt hoặc áp suất. Tôi nghĩ một ví dụ tương tự hữu ích có thể là bánh xe nước trên máy xay bột. Trong khi một nhà máy sử dụng quá trình vận chuyển nước xuống dốc để thúc đẩy quá trình xay xát thì chúng tôi sử dụng nó để bơm carbon dioxide ra khỏi không khí.”
Quá trình tách
Quá trình tách biệt củng cố hầu hết các khía cạnh của cuộc sống hiện đại. Từ thực phẩm chúng ta ăn, đến thuốc chúng ta dùng, nhiên liệu hoặc pin trong ô tô, hầu hết các sản phẩm chúng ta sử dụng đều trải qua một số quy trình phân tách. Hơn nữa, các quá trình phân tách rất quan trọng để giảm thiểu chất thải và nhu cầu xử lý môi trường, chẳng hạn như thu giữ trực tiếp carbon dioxide trong không khí.
Tuy nhiên, trong một thế giới đang hướng tới nền kinh tế tuần hoàn, các quá trình phân tách sẽ càng trở nên quan trọng hơn. Ở đây, việc thu khí trực tiếp có thể được sử dụng để cung cấp carbon dioxide làm nguyên liệu để tạo ra nhiều sản phẩm hydrocarbon mà chúng ta sử dụng ngày nay, nhưng trong chu trình trung hòa carbon, hoặc thậm chí là carbon âm.
Quan trọng nhất, bên cạnh việc chuyển đổi sang năng lượng tái tạo và thu hồi carbon truyền thống từ các nguồn điểm như nhà máy điện, việc thu hồi không khí trực tiếp là cần thiết để hiện thực hóa các mục tiêu về khí hậu, chẳng hạn như mục tiêu 1,5 °C mà Thỏa thuận Paris đặt ra.
Thu giữ carbon theo độ ẩm
Tiến sĩ Evangelos Papaioannou, Giảng viên cao cấp tại Trường Kỹ thuật, Đại học Newcastle, Vương quốc Anh giải thích: “Xuất phát từ hoạt động màng thông thường và như được mô tả trong tài liệu nghiên cứu, nhóm đã thử nghiệm một loại màng thấm carbon dioxide mới với nhiều loại màng khác nhau. sự khác biệt về độ ẩm được áp dụng trên nó. Khi độ ẩm cao hơn ở phía đầu ra của màng, màng sẽ tự động bơm carbon dioxide vào dòng đầu ra đó.”
Nỗ lực hợp tác và định hướng tương lai
Bằng cách sử dụng phương pháp chụp cắt lớp vi tính tia X với các cộng tác viên tại UCL và Đại học Oxford, nhóm nghiên cứu đã có thể mô tả chính xác cấu trúc của màng. Điều này cho phép họ đưa ra những so sánh hiệu suất mạnh mẽ với các loại màng tiên tiến khác.
Khía cạnh quan trọng của công việc này là mô hình hóa các quá trình xảy ra trong màng ở quy mô phân tử. Sử dụng các phép tính lý thuyết mật độ-chức năng với một cộng tác viên liên kết với cả Đại học Victoria của Wellington và Đại học Hoàng gia Luân Đôn, nhóm nghiên cứu đã xác định được các “chất mang” bên trong màng. Chất mang vận chuyển duy nhất cả carbon dioxide và nước nhưng không có gì khác. Cần nước để giải phóng khí CO2 ô tô từ màng và carbon dioxide được yêu cầu để giải phóng nước. Do đó, năng lượng từ sự chênh lệch độ ẩm có thể được sử dụng để đẩy carbon dioxide qua màng từ nơi có nồng độ thấp đến nơi có nồng độ cao hơn.
Giáo sư Metcalfe cho biết thêm: “Đây là nỗ lực thực sự của nhóm trong nhiều năm. Chúng tôi rất biết ơn sự đóng góp từ các cộng tác viên của chúng tôi cũng như sự hỗ trợ từ Học viện Kỹ thuật Hoàng gia và Hội đồng Nghiên cứu Khoa học Vật lý & Kỹ thuật.”
Tham khảo: “Tách và cô đặc carbon dioxide khỏi không khí bằng cách sử dụng màng cacbonat nóng chảy điều khiển độ ẩm” của I.S. Metcalfe, G.A. Mutch, E.I. Papaioannou, S. Tsochataridou, D. Neagu, D.J.L. Brett, F. Iacoviello, T.S. Miller, PR Shearing, P.A. Hunt, ngày 19 tháng 7 năm 2024, Năng lượng thiên nhiên.
DOI: 10.1038/s41560-024-01588-6
Mời các đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
