טכנולוגיית קרום ולכידת פחמן

לכידת פחמן מתייחסת לטכנולוגיה המפחיתה פליטות פחמן דו חמצני (CO2) על ידי לכידת, הפרדה ואחסון אותה. זוהי דרך יעילה להפחית את פליטת גזי החממה ולהפחית את ריכוזי CO2.

ניתן לסווג בעיקר טכנולוגיות לכידת פחמן לשלושה סוגים: קדמי - לכידת קצה, אחורה - לכידת סיום, וכיוטיפוט ביולוגי.

1. קדמי - לכידת סיום

זה בעיקר כרוך בהפרדת CO2 מזרמי גז בעירה במהלך ייצור אנרגיה. דוגמאות לכך כוללות פוסט - לכידת בעירה בפחם - תחנות כוח מפוטרות וטבעיות של גז טבעי, ולכידת בעירה לפני - בפחם גיזוז {}}} תחנות כוח מפוארות. שיטת לכידת הקצה הקדמית הנפוצה ביותר - היא ספיגה כימית, הכרוכה בהמיסת CO2 בממס ואז משחררת אותו מהממס באמצעות שינויים בחימום ולחץ. אמוניה היא ממס נפוץ המגיב עם CO2 ליצירת תרכובת יציבה, המופרדת אז על ידי חימום לשחזור ה- CO2.

2. חזרה - לכידת סיום

זה לוכד בעיקר CO2 מפליטות ממקורות יישום, כולל גזי בעירה (כגון פליטה של ​​תנור מייצור פלדה ומלט) וגזי יציאה ממפעלים כימיים. בין טכנולוגיות לכידת סיום-, הנפוצים ביותר הם ספיחה פיזית והפרדת קרום. ספיחה פיזית משתמשת בחומרים סופגים (כגון פחמן מופעל) כדי לספוג CO2 ולשחרר אותו בלחץ וטמפרטורה מתאימים. הפרדת הממברנה משתמשת בממברנות חצי -חצייה כדי להפריד ולטהר CO2 בהתבסס על גודל ותכונותיהם של מולקולות CO2 בהשוואה למולקולות גז אחרות.

3. ביו -כיפוף

שיטה זו משתמשת בעיקר בצמחים ובאורגניזמים ימיים כדי לספוג CO2 ולהמיר אותה לשמן ביומסה או אצות. צמחים ממירים CO2 לחומר אורגני באמצעות פוטוסינתזה ומאחסנים אותו כביומסה. שיטה אחרת כוללת שימוש באצות לספיגת CO2 אטמוספרי ולהמירו לשמן אצות, אשר ניתן להשתמש בו לייצור דלקים ביולוגיים, ובכך לוכד ולשימוש בו CO2.

שיטות אחרות כוללות לכידת פחמן ביולוגית, לכידת פחמן פוטו -קטליטית, לכידת פחמן סינון אוויר ולכידת פחמן מפוצלת מים.

בין שיטות לכידת הפחמן הרבות, טכנולוגיית לכידת פחמן ממברנה מציעה יתרונות ייחודיים, כולל יעילות אנרגטית גבוהה, ציוד קומפקטי ומשולב, קלות תפעול, יעילות לכידת גבוהה וידידות סביבתית.

טכנולוגיית הממברנה היא טכנולוגיית הפרדת גז המבוססת על החדירות הסלקטיבית של הממברנות. חדירות סלקטיבית זו נגזרת בעיקר מהתכונות הפיזיקליות והכימיות של חומר הממברנה, כמו גודל נקבוביות, תכונות פני השטח והרכב כימי. בתחום לכידת הפחמן, טכנולוגיית הממברנה מפרידה למעשה את הפחמן הדו -חמצני לבין גזים אחרים על ידי ניצול ההבדלים בגודל מולקולת הגז, יכולת ההתעבות והתגובה.

כאשר תערובת גז המכילה פחמן דו חמצני באה במגע עם ממברנה, מולקולות פחמן דו חמצני, בגלל גודלם הקטן יותר וחדירות גבוהה יותר, עוברים באופן עדיף דרך דופן הממברנה. מולקולות גז אחרות, כמו חנקן וחמצן, נשמרות על ידי חומר הממברנה בגלל גודלם הגדול יותר או חדירות נמוכה יותר. מנגנון הפרדה סלקטיבי זה המבוסס על גודל וחדירות מולקולרית הופך את טכנולוגיית הממברנה ליעילה ביותר בלכידת פחמן.

בנוסף, המנגנון של טכנולוגיית הממברנה כרוך גם באינטראקציות בין מולקולות גז לחומר הממברנה. אינטראקציות אלה, כולל כוחות van der der waals בין -מולקולריים, כוחות אלקטרוסטטיים וקשרי מימן, קובעים באופן קולקטיבי את קצב הדיפוזיה של מולקולות הגז דרך הממברנה ויעילות ההפרדה.

בתחום לכידת הפחמן, טכנולוגיית הממברנה משתמשת במגוון רחב של חומרי קרום, לכל אחד מאפיינים ייחודיים משלה. בהתבסס על תכונות חומר הממברנה ויישומו, ניתן לסווג את טכנולוגיית הממברנה לממברנות נקבוביות, ממברנות צפופות וממברנות מטריצות מעורבות.

1. ממברנות נקבוביות

ממברנות נקבוביות אורגניות, כמו ממברנות קרמיקה וממברנות מתכת, מציעות יציבות מעולה, עמידות בפני טמפרטורה ועמידות בפני קורוזיה, ומחזיקים סיכויי יישום רחבים בלכידת פחמן. עם זאת, בשל עלויות הכנה גבוהות וקשיים טכניים, יישום גדול- בקנה מידה של ממברנות נקבוביות אורגניות עדיין עומד בפני אתגרים.

לעומת זאת, ממברנות נקבוביות אורגניות, כגון ממברנות מיקרופוריות בלוק של פולימר וממברנות מסודרות מחדש, מציעות סרט משופר - יוצרים תכונות וביצועי הפרדה גבוהים של CO2. חומרי קרום אלה משיגים הפרדת CO2 יעילה על ידי אופטימיזציה של הנפח החופשי הנוצר על ידי הצטברות של מקטעים מולקולריים. עם זאת, ממברנות נקבוביות אורגניות מתמודדות גם עם אתגרים כמו עלויות סינתזה גדולות- גבוהות ורגישות להזדקנות, הדורשות אופטימיזציה ושיפור נוסף.

2. ממברנות צפופות

מיוצר בעיקר מפולימרים משקל- מולקולרי - משקל, ממברנות אלה משיגות הפרדה דרך הנפח החופשי שנוצר על ידי הצטברות של קטעים מולקולריים. חומרי קרום פולימרים זמינים מסחרית כוללים קרומי תאית אצטט (CA), ממברנות פולימיד (PI) וממברנות תחמוצת פוליאתילן (PEO). לחומרי הממברנה הללו יש פוטנציאל יישום מסוים בתחום לכידת הפחמן, אך יש לשפר עוד יותר את הביצועים שלהם.

3. ממברנה מטריצה ​​מעורבת (MMM)

כסוג חדש של חומר ממברנה, הוא משך תשומת לב נרחבת בתחום לכידת הפחמן. על ידי מיזוג ננו -מילוי נקבוביות עם סלקטיביות מצוינת של פחמן דו חמצני עם פולימרים, הוכנו קרום מטריצה ​​מעורבת עם שני הסרטים - ויוצרים תכונות וביצועי הפרדת דו חמצני מצוינים. לחומר ממברנה זה לא רק ביצועי ההפרדה היעילים של הפחמן הדו -חמצני, אלא שיש לו גם יציבות טובה ועמידות בפני קורוזיה, ומספקים רעיונות חדשים לפיתוח טכנולוגיית לכידת פחמן.

לטכנולוגיית הממברנה מאפיינים ויתרונות משמעותיים בתחום לכידת הפחמן.

(1) לטכנולוגיית הממברנה יעילות הפרדה גבוהה ויכולה להפריד ביעילות דו תחמוצת הפחמן והגזים האחרים כדי להשיג לכידת פחמן דו חמצני- טוהר. זה עוזר להפחית את פליטת גזי החממה באטמוספרה.

(2) לטכנולוגיית הממברנה צריכת אנרגיה נמוכה. בהשוואה לשיטות ספיגה כימית מסורתית ושיטות ספיחה פיזיות, טכנולוגיית הממברנה אינה דורשת שימוש בכמויות גדולות של ריאגנטים וממסים כימיים, ומפחיתה את צריכת האנרגיה ופליטת פסולת.

(3) טכנולוגיית הממברנה קלה גם לתפעול וקל לאוטומציה וייצור ברציפות. זה יכול לשפר את היעילות והיציבות של לכידת פחמן ולהפחית את עלויות ההתערבות והפעלה הידניות.

(4) לטכנולוגיית הממברנה השפעה קטנה יותר על הסביבה. מכיוון שהוא אינו דורש שימוש בכמויות גדולות של ריאגנטים וממסים כימיים, זה מצמצם את הסיכון לזיהום סביבתי ופליטת פסולת.

ישנן דרכים רבות ושונות ליישם טכנולוגיית קרום בתחום לכידת פחמן, המכסים טיפול בגז פסולת תעשייתי, פחם - תחנות כוח מפוארות ותחנות כוח גז טבעיות, הובלה ובניית מערכות מיזוג אוויר.

(1) בטיפול בגז פסולת תעשייתי, טכנולוגיית הממברנה יכולה להפריד ביעילות וללכוד פחמן דו חמצני מגז פסולת, ולהפחית את פליטת גזי החממה באטמוספרה. זה מספק תמיכה חזקה לשימור אנרגיה והפחתת פליטה בתהליכי הייצור התעשייתי.

(2) במקורות פליטה גדולים כמו פחם - תחנות כוח מפוטרות ותחנות כוח גז טבעי, טכנולוגיית הממברנה כוללת גם סיכויי יישום רחבים. על ידי התקנת מכשירי לכידת פחמן ממברנה, ניתן לתפוס ולהפריד ביעילות את הפחמן הדו -חמצני ממקורות פליטה אלה כדי להשיג יעדי הפחתת פליטה.

(3) בתחום התחבורה ניתן ליישם טכנולוגיית הממברנה על טיפול פליטה לרכב כדי ללכוד ולהפחתת פליטת פחמן דו חמצני. עם הפופולריזציה של רכבי אנרגיה חדשים ופיתוח הובלת פחמן נמוכה {}}, סיכויי היישום של טכנולוגיית הממברנה בתחום התחבורה יהיו רחבים יותר.

(4) טכנולוגיית הממברנה יכולה גם למלא תפקיד חשוב בבניית מערכות מיזוג אוויר. על ידי לכידת ומיחזור פחמן דו חמצני באוויר בתוך הבניין, טכנולוגיית הממברנה יכולה להפחית את התלות באוויר חיצוני, ובכך לחסוך אנרגיה ולהפחתת פליטת פחמן דו חמצני.

מגמת הפיתוח של טכנולוגיית הממברנה בתחום לכידת הפחמן תציג את המאפיינים הבאים: ראשית, חדשנות רציפה ואופטימיזציה של חומרי הממברנה כדי לשפר את יעילות ההפרדה והיציבות של דו תחמוצת הפחמן; שנית, גדול - יישום וקידום טכנולוגיית הממברנה כדי להפחית את עלות לכידת הפחמן ולשפר את היתרונות הכלכליים; שלישית, שילוב ואיחוי של טכנולוגיית הממברנה עם טכנולוגיות אחרות, כגון שיטת ספיגה כימית, שיטת ספיחה פיזית וטכנולוגיות אחרות, ליצירת מערכת טכנולוגית פחמן יעילה וידידותית יותר לסביבה, אשר יקדם את היישום והפיתוח של טכנולוגיית הממברנה בתחום לכידת הפחמן ותתרום תרומות גדולות יותר לשינוי אקלים גלובלי לשינוי ובקרה.