30 مه 2022 – توسط دانشگاه متروپولیتن توکیو
هوای اتمسفر با غلظت کم دی اکسید کربن از طریق محلول آبی IPDA عبور می کند، جایی که دی اکسید کربن به سرعت واکنش می دهد و یک محصول جامد ایجاد می کند. دی اکسید کربن متعاقباً با حرارت ملایم محصول در حالت تعلیق، برای ذخیره سازی یا کاربردهای جدید مجدداً آزاد می شود. اعتبار: دانشگاه متروپولیتن توکیو
محققان دانشگاه متروپولیتن توکیو یک سیستم جذب کربن جدید ایجاد کرده اند که با عملکرد بی سابقه ای دی اکسید کربن را مستقیماً از جو حذف می کند. ایزوفورون دی آمین (IPDA) در یک سیستم “جداسازی فاز مایع- جامد” برای حذف دی اکسید کربن در غلظت های پایین موجود در اتمسفر با بازده 99٪ یافت شد. این ترکیب با حداقل حرارت و حداقل دو برابر سریع‌تر از سیستم‌های موجود قابل استفاده مجدد است، که یک پیشرفت جدید هیجان‌انگیز برای جذب مستقیم از هوا است.
اثرات مخرب تغییرات آب و هوایی در سراسر جهان احساس می شود و نیاز فوری به سیاست ها، شیوه های زندگی و فناوری های جدید است که منجر به کاهش انتشار کربن می شود. با این حال، بسیاری از دانشمندان فراتر از هدف انتشار خالص صفر، به آینده ای «فراتر از صفر» نگاه می کنند که در آن بتوانیم به طور فعال میزان دی اکسید کربن را در جو کاهش دهیم. زمینه جذب کربن، حذف و متعاقبا ذخیره سازی یا تبدیل دی اکسید کربن، به سرعت در حال توسعه است، اما موانعی باقی مانده است تا بتوان آن را در مقیاس بزرگ گسترش داد.
بزرگ‌ترین چالش‌ها ناشی از کارایی است، به‌ویژه در پردازش هوای جوی به‌طور مستقیم در سیستم‌های به اصطلاح جذب هوای مستقیم (DAC) غلظت دی اکسید کربن به حدی است که واکنش های شیمیایی با جاذب ها بسیار کند است. همچنین مشکل بیرون آوردن دوباره دی اکسید کربن در چرخه های جذب و دفع پایدارتر وجود دارد که به خودی خود می تواند بسیار انرژی بر باشد. حتی تلاش‌های پیشرو برای ساخت نیروگاه‌های DAC، مانند کارخانه‌هایی که از هیدروکسید پتاسیم و هیدروکسید کلسیم استفاده می‌کنند، از مشکلات جدی کارایی و هزینه‌های بازیابی رنج می‌برند و شکار فرآیندهای جدید را به‌ویژه ضروری می‌کنند.
تیمی به سرپرستی پروفسور سیجی یامازوئه از دانشگاه متروپولیتن توکیو در حال مطالعه کلاسی از فناوری DAC به نام سیستم‌های جداسازی فاز مایع-جامد هستند. بسیاری از سیستم‌های DAC شامل حباب‌کردن هوا از طریق یک مایع هستند که یک واکنش شیمیایی بین مایع و دی‌اکسید کربن اتفاق می‌افتد. با ادامه واکنش، مقدار بیشتری از محصول واکنش در مایع تجمع می یابد. این باعث می شود واکنش های بعدی کندتر و کندتر شود. سیستم های جداسازی فاز مایع-جامد یک محلول زیبا ارائه می دهند، جایی که محصول واکنش نامحلول است و به صورت جامد از محلول خارج می شود. هیچ انباشتگی محصول در مایع وجود ندارد و سرعت واکنش کاهش چندانی ندارد.
این تیم توجه خود را بر روی ترکیبات آمین مایع متمرکز کردند و ساختار آنها را برای بهینه سازی سرعت و کارایی واکنش با طیف وسیعی از غلظت‌های دی اکسید کربن در هوا، از حدود 400ppm تا 30 درصد تغییر دادند. آنها دریافتند که محلول آبی یکی از این ترکیبات، ایزوفورون دی آمین (IPDA) می تواند 99 درصد از دی اکسید کربن موجود در هوا را به یک رسوب اسید کاربامیک جامد تبدیل کند. مهمتر از همه، آنها نشان دادند که جامد پراکنده شده در محلول فقط نیاز به حرارت تا 60 درجه سانتیگراد دارد تا به طور کامل دی اکسید کربن جذب شده را آزاد کند و مایع اصلی را بازیابی کند. سرعت حذف دی اکسید کربن حداقل دو برابر سریع‌تر از سیستم‌های آزمایشگاهی پیشرو DAC بود که آن را به سریعترین سیستم جذب دی‌اکسید کربن در جهان در حال حاضر برای پردازش دی‌اکسید کربن با غلظت کم در هوا (400ppm) تبدیل می‌کند.
فناوری جدید این تیم، عملکرد و استحکام بی‌سابقه‌ای را در سیستم‌های DAC، با پیامدهای گسترده برای سیستم‌های جذب کربن که در مقیاس به کار گرفته شده‌اند، نوید می‌دهد. فراتر از بهبود بیشتر سیستم خود، چشم انداز آنها از دنیای “فراتر از صفر” اکنون به چگونگی استفاده مؤثر از کربن جذب شده در کاربردهای صنعتی و محصولات خانگی تبدیل شده است. تحقیقات آنها در ACS Environmental Au منتشر می شود.
