9 مارس 2022 -توسط هالی اوبر، دانشگاه کالیفرنیا – ریورساید -اعتبار: Chris LeBoutillier در Unsplash
ماه گذشته دولت بایدن از طرح های بلندپروازانه ای برای کاهش انتشار کربن از طریق تولید پاک پرده برداری کرد که شامل سرمایه گذاری فدرال بیش از 12 میلیارد دلار در فن آوری های جذب، استفاده و جداسازی کربن می شود. این فناوری‌ها کربن را از جو خارج می‌کنند و یا به محصولات صنعتی مفید تبدیل می‌کنند یا به‌طور دائم ذخیره می‌کنند.
کاخ سفید روی این فناوری‌های نوظهور برای محدود کردن گرمایش جهانی و مبارزه با تغییرات آب و هوایی شرط‌بندی کرده است. در اینجا، دو استاد در کالج مهندسی مارلان و رزماری بورنز UC Riverside توضیح می‌دهند که چگونه جذب کربن، محدودیت‌های فعلی و کاربردهای تجاری کربن بازیافت‌شده انجام می‌شود.
میهری اوزکان، استاد مهندسی برق و کامپیوتر و پروفسور کمپیون اقدام اقلیمی UCR، در حال توسعه فناوری های انرژی پاک است. آخرین کار او بر جذب مستقیم هوا از دی اکسید کربن و باتری های پیشرفته برای شبکه هوشمند و وسایل نقلیه الکتریکی متمرکز است.
کندیس لزلی عبدالعزیز استادیار مهندسی شیمی و محیط زیست است که تحقیقاتش بر ایجاد یک اقتصاد دایره ای از طریق تبدیل ضایعات از جمله کربن بازیافت شده به سوخت و مواد شیمیایی صنعتی با ارزش متمرکز است.
جذب مستقیم هوای دی اکسید کربن (CO2) چیست؟
اوزکان: جذب کربن با جداسازی CO2 از گازهای خروجی خروجی از نیروگاه های زغال سنگی و سایر اگزوزهای کارخانه های صنعتی یا مستقیماً از جو انجام می شود.
فناوری جذب مستقیم هوا یا DAC چگونه کار می کند؟
اوزکان: در حال حاضر دو روش وجود دارد. یک روش از شیمی حلال مایع برای جذب CO2 به عنوان کربنات کلسیم استفاده می کند. دسته دیگری از مواد جذب کربن جاذب های جامد هستند – موادی که مواد دیگر را جذب می کنند – که معمولاً با آمین ها عامل دار می شوند یا میل طبیعی به CO2 دارند.
کارخانه های DAC از فن ها برای جمع آوری و عبور هوا از جاذب استفاده می کنند. فرآیند دوم CO2 را از جاذب برای دفع یا بازیافت جدا می کند. استفاده از فن ها و مراحل بازسازی بعدی انرژی بر است. بسته به منبع انرژی مورد استفاده (خورشیدی، باد، زمین گرمایی و غیره)، این مرحله پرهزینه ترین مرحله فناوری DAC است.
CO2 جذب شده چگونه به محصولات مفید صنعتی تبدیل می شود؟
عبدالعزیز: جذب و استفاده از کربن یا CCU، توسعه فناوری هایی است که می تواند CO2 را مستقیماً از هوا یا گازهای دودکش گرفته و CO2 جذب شده را به مواد شیمیایی و سوخت تبدیل کند.
رایج‌ترین استراتژی‌ها برای جذب و استفاده کربن از تبدیل حرارتی، تبدیل الکتروشیمیایی یا تبدیل نوری برای تبدیل CO2 جذب شده به مواد شیمیایی اساسی، مواد شیمیایی خوب و پلیمرها استفاده می‌کنند. با این حال، تعداد محدودی از فرآیندهای تجاری وجود دارد، که قابل توجه ترین آنها تولید اوره با استفاده از CO2 و آمونیاک است.
آزمایشگاه شما برای بهبود فناوری جذب کربن یا استفاده از آن چه می کند؟
عبدالعزیز: آزمایشگاه من فناوری جذب و تبدیل CO2 یکپارچه یا ICCU را توسعه می دهد، طرح هایی که در آن کاتالیزورهای ناهمگن (مانند ذرات نیکل، پالادیوم و مس) با یک جاذب جامد (زئولیت ها، چارچوب های آلی فلزی، اکسیدهای فلزی) جفت می شوند. برای حذف موثر CO2 به طور مستقیم از هوا یا گاز دودکش و تبدیل آن به گاز طبیعی تجدید پذیر (متان) یا اتان و اتیلن. این تحقیق جدید توسط جایزه شغلی NSF پشتیبانی می شود.
اوزکان: من کنفرانس فناوری های کاهش تغییرات آب و هوایی را برای بحث در مورد وضعیت و پیشرفت های فناوری DAC در نشست پاییزی انجمن تحقیقات مواد در بوستون در سال گذشته برگزار کردم. پرسنل سطح بالا از کارخانه های عملیاتی DAC در این کنفرانس حضور داشتند. من همچنین چندین مقاله مروری و تفسیری اخیر در مورد فن آوری های DAC و امکان سنجی آنها منتشر کرده ام.
چه چالش هایی وجود دارد که باید برای جذب و استفاده از کربن برای تحقق پتانسیل کامل آن غلبه کرد؟
عبدالعزیز: CO2 یک مولکول پایدار حرارتی است که از نظر جنبشی نیز بی اثر است. به عبارت دیگر، برای فعال کردن مولکول CO2 برای تشکیل بلوک هایی برای محصولات مورد نظر، مقدار قابل توجهی انرژی لازم است. به طور معمول، کاتالیزورهای ناهمگن مورد استفاده، پایداری و دوام محدودی دارند. برای اینکه این کاتالیزورها از نظر صنعتی قابل دوام باشند، باید برای سال‌ها پایدار باشند، نه روزها یا هفته‌ها مانند فناوری فعلی. بیشتر استراتژی های CCU با ترکیب CO2 جذب شده با هیدروژن تجدید پذیر از الکترولیز آب برای تولید متانول و مونوکسید کربن شروع می شود. با این حال، یک چالش خاص در این واکنش، بازده پایین محصولات مفیدتر است که حاوی دو یا چند اتم کربن، مانند اتیلن هستند. اتیلن توسط صنایع شیمیایی به عنوان بلوک ساختمانی اولیه برای مواد شیمیایی، رنگ، بسته بندی و سوخت استفاده می شود. اجرای موفقیت آمیز CCU برای تولید بازدهی بالا از اتیلن و سایر محصولات با بیش از یک اتم کربن، احتمال اجرای صنعتی را بهبود می بخشد.
