کاهش چشمگیر هزینه جذب CO₂ با فناوری ساده و سرد

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، دانشمندان به معنای واقعی کلمه، راه جالب‌تری برای مبارزه با تغییرات اقلیمی پیدا کرده‌اند.

یک تیم تحقیقاتی در دانشگاه جورجیا تک، تکنیک‌هایی را برای جذب کارآمدتر و مقرون‌به‌صرفه‌تر CO₂ با استفاده از هوای بسیار سرد و مواد جاذب متخلخل که به‌طور گسترده در دسترس هستند، توسعه داده‌اند.

رویکرد آنها از انرژی سرد حاصل از گاز طبیعی مایع (LNG)، که معمولاً در فرآیند‌های صنعتی هدر می‌رود، برای افزایش جذب کربن با استفاده از مواد متخلخل به نام فیزیوجاربنت‌ها استفاده می‌کند.

پروفسور رایان لایولی از دانشکده مهندسی شیمی و بیومولکولی دانشگاه جورجیا تک گفت: «این یک گام هیجان‌انگیز به جلو است. ما نشان می‌دهیم که می‌توان با استفاده از زیرساخت‌های موجود و مواد ایمن و کم‌هزینه، کربن را با هزینه‌های کم جذب کرد.»

هک باحال، سیاره داغ

در حالی که سیستم‌های سنتی جذب مستقیم هوا (DAC) به واکنش‌های شیمیایی با استفاده از مواد مبتنی بر آمین متکی هستند، این سیستم‌ها پرهزینه، انرژی‌بر و مستعد تخریب در طول زمان هستند.

از سوی دیگر، جاذب‌های فیزیکی، گاز‌ها را بدون پیوند شیمیایی به صورت فیزیکی جذب می‌کنند و جذب سریع‌تر، طول عمر بیشتر و نیاز به انرژی کمتری را ارائه می‌دهند -، اما معمولاً در هوای گرم و مرطوب با مشکل مواجه می‌شوند.

برای خنک کردن هوای محیط تا سطوح نزدیک به برودت، این تیم از سرمای شدید حاصل از گازسازی مجدد LNG، فرآیندی که گاز طبیعی مایع را دوباره به گاز تبدیل می‌کند، استفاده مجدد کرد.

این سرما به طور طبیعی بخار آب را از هوا حذف می‌کند و شرایط ایده‌آلی را برای رشد جاذب‌های فیزیکی بدون مراحل خشک کردن اضافی و پرانرژی ایجاد می‌کند.

این مطالعه نشان داد که موادی مانند Zeolite ۱۳X و CALF-۲۰ به ویژه در دما‌های حدود -۷۸ درجه سانتیگراد عملکرد خوبی دارند و تقریباً سه برابر بیشتر از مواد سنتی در دمای اتاق، CO₂ جذب می‌کنند.

آنها همچنین CO₂ جذب و تصفیه شده را با ورودی انرژی کم آزاد کردند و این امر آنها را برای استفاده عملی جذاب می‌کند.

زئولیت ۱۳ X یک ماده جاذب رطوبت ارزان و بادوام است که در تصفیه آب استفاده می‌شود، در حالی که CALF-۲۰ یک چارچوب فلزی-آلی (MOF) است که به دلیل پایداری و عملکرد جذب CO۲ از گاز دودکش، اما نه از هوا، شناخته شده است.

سئو-یول کیم، نویسنده‌ی اصلی و محقق پسادکترا در آزمایشگاه لایولی، گفت: «هر دو جاذب فیزیکی، فراتر از ظرفیت بالای جذب دی‌اکسید کربن، ویژگی‌های حیاتی مانند آنتالپی دفع پایین، مقرون‌به‌صرفه بودن، مقیاس‌پذیری و پایداری بلندمدت را از خود نشان می‌دهند که همگی برای کاربرد‌های دنیای واقعی ضروری هستند.»

تبدیل هوای سرد به هوای پاک

مدل‌سازی اقتصادی نشان می‌دهد که این رویکرد می‌تواند هزینه‌های DAC را تا ۷۰ دلار در هر تن کاهش دهد، که کمتر از یک سوم هزینه‌های فعلی است. این امر می‌تواند به طور بالقوه اقتصاد حذف کربن در مقیاس بزرگ را متحول کند.

با بهره‌گیری از زیرساخت‌های موجود LNG، این روش می‌تواند استقرار DAC را فراتر از مناطق خشک و خنک، به مناطق معتدل و ساحلی در سراسر جهان نیز گسترش دهد.

لایولی گفت: «سیستم‌های گازسازی مجدد LNG در حال حاضر منبع بکری از انرژی سرد هستند و ترمینال‌های آنها در مقیاس وسیعی در مناطق ساحلی در سراسر جهان فعالیت می‌کنند. با مهار حتی بخشی از انرژی سرد آنها، می‌توانیم تا سال ۲۰۵۰ سالانه بیش از ۱۰۰ میلیون تن متریک CO₂ را جمع‌آوری کنیم.»

با تشدید رقابت برای رسیدن به تولید انرژی صفر خالص، DAC نزدیک به برودتی متصل به LNG یک راه‌حل قانع‌کننده و مقیاس‌پذیر ارائه می‌دهد. گام‌های بعدی تیم تحقیقاتی شامل پالایش مواد و بهینه‌سازی طراحی سیستم‌ها برای تضمین عملکرد بلندمدت در مقیاس صنعتی است.

این مطالعه همچنین نشان داد که دما‌های نزدیک به برودت، به طور چشمگیری مجموعه مواد مناسب برای DAC را گسترش می‌دهد، که بسیار فراتر از گزینه‌های محدود موجود در شرایط محیطی است.

پروفسور متیو ریلف، یکی از نویسندگان این مطالعه و استاد ChBE@GT، گفت: «بسیاری از جاذب‌های فیزیکی که قبلاً به دلیل DAC کنار گذاشته می‌شدند، با کاهش دما ناگهان قابل استفاده می‌شوند.

این امر، فضای طراحی کاملاً جدیدی را برای مواد جاذب کربن ایجاد می‌کند.»

این مطالعه در مجله Energy & Environmental Science منتشر شده است.