Команда, возглавляемая учеными из Гарвардского университета и Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса, использовала технику микрожидкостной сборки для производства микрокапсул, содержащих жидкие сорбенты или абсорбирующие материалы, заключенные в высокопроницаемые полимерные оболочки. Они обладают значительными преимуществами в производительности по сравнению с углеродопоглощающими материалами, используемыми в технологиях улавливания и улавливания тока.
Работа описана в статье, опубликованной сегодня в журнале Nature Communications.«Микрокапсулы использовались во множестве приложений — например, в фармацевтике, пищевых ароматизаторах, косметике и сельском хозяйстве — для контролируемой доставки и высвобождения, но это одна из первых демонстраций этого подхода для контролируемого улавливания», — сказал Дженнифер А. Льюис, профессор Hansjorg Wyss по биологической инженерии Гарвардской школы инженерии и прикладных наук (SEAS) и соавтор книги.
Льюис также является одним из основных преподавателей Института биологической инженерии Висса в Гарварде.Электростанции являются крупнейшим источником углекислого газа (CO2), парникового газа, который улавливает тепло и нагревает планету.
По данным Агентства по охране окружающей среды США, в 2012 году на электростанции, работающие на угле и природном газе, приходилась треть выбросов парниковых газов в США.Вот почему агентство предложило правила, обязывающие резко сократить выбросы углерода на всех новых электростанциях, работающих на ископаемом топливе. Удовлетворение новым стандартам потребует от операторов оснащения предприятий технологией улавливания углерода.
В современной технологии улавливания углерода используются растворители на основе каустических аминов для отделения CO2 от дымовых газов, выходящих из дымовых труб предприятия. Но современные процессы дороги, приводят к значительному снижению производительности электростанции и дают токсичные побочные продукты.
В новом методе используется обильный и безвредный для окружающей среды сорбент: карбонат натрия, который представляет собой кухонную пищевую соду. Микрокапсулированные углеродные сорбенты (MECS) позволяют на порядок увеличить скорость абсорбции CO2 по сравнению с сорбентами, которые в настоящее время используются для улавливания углерода. Еще одно преимущество состоит в том, что амины со временем разрушаются, а карбонаты имеют практически неограниченный срок хранения.
«MECS предоставляет новый способ улавливания углерода с меньшим количеством экологических проблем», — сказал Роджер Д. Эйнс, руководитель программы инноваций в области топливного цикла Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса и соавтор. «Улавливание мировых выбросов углекислого газа — это огромная работа. Нам нужна технология, которая может быть применена ко многим видам источников углекислого газа, при полной уверенности населения в безопасности и устойчивости».Исследователи из Лоуренса Ливермора и Национальной лаборатории энергетических технологий Министерства энергетики США сейчас работают над усовершенствованием процесса захвата, чтобы масштабировать технологию.
Айнес говорит, что подход, основанный на MECS, также может быть адаптирован к таким промышленным процессам, как производство стали и цемента, которые являются значительными источниками парниковых газов.«Эти проницаемые силиконовые шарики могут стать прорывом в области улавливания CO2 — эффективными, простыми в обращении, минимальными отходами и дешевыми в производстве», — сказал Стюарт Хаселдин, профессор улавливания и хранения углерода в университете.
Эдинбурга, который не принимал участия в исследовании. «Прочные, безопасные и надежные капсулы, содержащие растворители, адаптированные для различных областей применения, могут сделать улавливание CO2… твердо на пути к снижению затрат».MECS производятся с использованием двухкапиллярного устройства, в котором расход трех жидкостей — раствора карбоната в сочетании с катализатором для улучшенного поглощения CO2, фотоотверждаемого силикона, образующего оболочку капсулы, и водного раствора — может быть изменен. независимо контролируемый.«Инкапсуляция позволяет сочетать преимущества твердотельных и жидких сред на одной платформе, — сказал Льюис. «Он также довольно гибкий, поскольку химический состав ядра и оболочки может быть независимо модифицирован и оптимизирован».
«Эта инновационная платформа для разделения газов обеспечивает большие площади поверхности, устраняя при этом ряд эксплуатационных проблем, включая коррозию, потери от испарения и загрязнение», — сказал Ах-Хён (Алисса) Пак, заведующий кафедрой прикладной климатологии и доцент кафедры Земли и окружающей среды. инженер Колумбийского университета, который не принимал участия в исследовании.Льюис ранее проводил новаторские исследования в области трехмерной печати функциональных материалов, включая тканевые конструкции со встроенной сосудистой сетью, литий-ионные микробатареи и сверхлегкие эпоксидные материалы из углеродного волокна.
Финансирование работ по инкапсулированным жидким карбонатам было предоставлено программой «Инновационные материалы и процессы для передовых технологий улавливания углерода» Агентства перспективных исследовательских проектов Министерства энергетики США.