Исследовательская группа, возглавляемая Кристофером Уилмером, доцентом кафедры химической и нефтяной инженерии, в сотрудничестве с соисследователем Яном Штекелем, научным сотрудником Университета США.S. Национальная лаборатория энергетических технологий Министерства энергетики и компания AECOM из Питтсбурга опубликовали результаты своих исследований в журнале «Энергия и наука об окружающей среде» Королевского химического общества.
«Полимерные мембраны десятилетиями использовались для фильтрации и очистки материалов, но их использование для улавливания и хранения углерода ограничено», – отметил д-р. Уилмер, возглавляющий лабораторию гипотетических материалов в школе Суонсона. «Мембраны со смешанной матрицей, которые представляют собой полимерные мембраны с небольшими неорганическими частицами, диспергированными в материале, демонстрируют исключительную перспективу благодаря своим свойствам разделения и проницаемости.
Однако количество потенциальных полимеров и неорганических частиц является значительным, и поэтому поиск лучшей комбинации для улавливания углерода может быть сложной задачей."
По словам доктора.
Уилмер, исследователи основывались на своих обширных исследованиях металлоорганических каркасов (MOF), которые представляют собой высокопористые кристаллические материалы, созданные путем самосборки неорганического металла с органическими линкерами. Эти MOF, в которых может храниться больший объем газов, чем в традиционных резервуарах, очень универсальны и могут быть изготовлены из различных материалов и специально спроектированы с особыми свойствами.
Доктор. Уилмер и его группа исследовали существующие базы данных гипотетических и реальных MOF для своих исследований, в результате чего было создано более миллиона потенциальных мембран со смешанной матрицей. Затем они сравнили прогнозируемую газопроницаемость каждого материала с опубликованными данными и оценили их на основе трехэтапного процесса улавливания.
Такие переменные, как скорость потока, фракция улавливания, давление и температурные условия были оптимизированы в зависимости от свойств мембраны с целью определения конкретных мембран со смешанной матрицей, которые обеспечили бы доступную стоимость улавливания углерода. Потенциальные последствия для исследования группы Уилмера огромны.
Хотя угольные электростанции в U.S. одни только в настоящее время составляют только 30 процентов национального энергетического портфеля, в 2017 году они внесли наибольшую долю в 1 207 миллионов метрических тонн CO2, или 69 процентов от общего количества U.S. выбросы CO2, связанные с энергетикой, всей U.S. электроэнергетика. (Источник: U.S. Управление энергетической информации.)
«Наше компьютерное моделирование как гипотетических, так и реальных MOF привело к созданию новой базы данных, содержащей более миллиона мембран со смешанными матрицами с соответствующими характеристиками улавливания CO2 и соответствующими затратами», – сказал доктор.
Уилмер сказал. «Дальнейший технико-экономический анализ выявил 1153 мембраны со смешанной матрицей со стоимостью улавливания углерода менее 50 долларов за тонну удаленной тонны. Таким образом, существует потенциал для создания экономически доступных и эффективных средств улавливания СО2 на угольных электростанциях по всему миру и эффективного устранения значительного источника углекислого газа, образующегося из ископаемого топлива, в атмосфере."