Τεχνολογία μεμβράνης και σύλληψη άνθρακα

Η σύλληψη άνθρακα αναφέρεται σε μια τεχνολογία που μειώνει τις εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα (CO2), καταγράφοντας, διαχωρίζοντας και αποθηκεύοντας την. Είναι ένας αποτελεσματικός τρόπος για τον μετριασμό των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου και τη μείωση των συγκεντρώσεων CO2.

Οι τεχνολογίες σύλληψης άνθρακα μπορούν να κατηγοριοποιηθούν κυρίως σε τρεις τύπους: εμπρός - λήψη άκρων, πίσω - end λήψη και βιοκατασκευή.

1.

Αυτό περιλαμβάνει κυρίως τον διαχωρισμό του CO2 από τα ρεύματα αερίου καύσης κατά τη διάρκεια της παραγωγής ενέργειας. Παραδείγματα περιλαμβάνουν την ανάρτηση - λήψη καύσης σε άνθρακα - που εκτοξεύονται και σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής φυσικού αερίου και pre - λήψη καύσης στον άνθρακα αεριοποίησης - καυσαερίων. Το πιο συνηθισμένο μέτωπο - end capture είναι η χημική απορρόφηση, η οποία περιλαμβάνει τη διάλυση του CO2 σε έναν διαλύτη και στη συνέχεια την απελευθέρωσή του από τον διαλύτη μέσω αλλαγών θέρμανσης και πίεσης. Η αμμωνία είναι ένας συνήθως χρησιμοποιούμενος διαλύτης που αντιδρά με CO2 για να σχηματίσει μια σταθερή ένωση, η οποία στη συνέχεια διαχωρίζεται με θέρμανση για να ανακτήσει το CO2.

2. Πίσω - end capture

Αυτό καταγράφει κυρίως το CO2 από τις εκπομπές από πηγές εφαρμογής, συμπεριλαμβανομένων των αερίων καύσης (όπως η εξάτμιση του κλιβάνου από την παραγωγή χάλυβα και το τσιμέντο) και τα αέρια εξόδου από χημικά εργοστάσια. Μεταξύ της πλάτης - Τεχνολογίες λήψης άκρων, οι πιο συνηθισμένες είναι η φυσική προσρόφηση και ο διαχωρισμός μεμβράνης. Η φυσική προσρόφηση χρησιμοποιεί προσροφήσιμα υλικά (όπως ενεργοποιημένο άνθρακα) για να προσροφήσει το CO2 και να το απελευθερώσει υπό κατάλληλη πίεση και θερμοκρασία. Ο διαχωρισμός μεμβράνης χρησιμοποιεί ημιπενατίες μεμβράνες για να διαχωρίσει και να καθαρίσει το CO2 με βάση το μέγεθος και τις ιδιότητες των μορίων CO2 σε σύγκριση με άλλα μόρια αερίου.

3. Βιοκατασκευή

Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιεί κυρίως φυτά και θαλάσσιους οργανισμούς για να απορροφήσει το CO2 και να το μετατρέψει σε πετρέλαιο βιομάζας ή φύκια. Τα φυτά μετατρέπουν το CO2 σε οργανική ύλη μέσω της φωτοσύνθεσης και το αποθηκεύουν ως βιομάζα. Μια άλλη μέθοδος περιλαμβάνει τη χρήση φυκών για την απορρόφηση του ατμοσφαιρικού CO2 και τη μετατροπή του σε λάδι από φύκια, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή βιοκαύσιμων, καταγράφοντας έτσι και χρησιμοποιώντας το CO2.

Άλλες μέθοδοι περιλαμβάνουν τη σύλληψη βιολογικού άνθρακα, τη λήψη φωτοκαταλυτικών άνθρακα, τη σύλληψη άνθρακα με διήθηση αέρα και τη σύλληψη του άνθρακα που χωρίζει το νερό.

Μεταξύ των πολλών μεθόδων σύλληψης άνθρακα, η τεχνολογία σύλληψης άνθρακα μεμβράνης προσφέρει μοναδικά πλεονεκτήματα, συμπεριλαμβανομένης της υψηλής ενεργειακής απόδοσης, του συμπαγούς και ολοκληρωμένου εξοπλισμού, της ευκολίας λειτουργίας, της υψηλής απόδοσης λήψης και της περιβαλλοντικής φιλικότητας.

Η τεχνολογία μεμβράνης είναι μια τεχνολογία διαχωρισμού αερίου που βασίζεται στην επιλεκτική διαπερατότητα των μεμβρανών. Αυτή η επιλεκτική διαπερατότητα προέρχεται κυρίως από τις φυσικές και χημικές ιδιότητες του υλικού μεμβράνης, όπως το μέγεθος των πόρων, οι επιφανειακές ιδιότητες και η χημική σύνθεση. Στον τομέα της σύλληψης άνθρακα, η τεχνολογία μεμβράνης διαχωρίζει αποτελεσματικά το διοξείδιο του άνθρακα από άλλα αέρια, αξιοποιώντας τις διαφορές στο μέγεθος του μορίου αερίου, τη συμπύκνωση και την αντιδραστικότητα.

Όταν ένα μείγμα αερίου που περιέχει διοξείδιο του άνθρακα έρχεται σε επαφή με μεμβράνη, μόρια διοξειδίου του άνθρακα, λόγω του μικρότερου μεγέθους και της υψηλότερης διαπερατότητας τους, προτιμάται κατά προτίμηση μέσω του τοιχώματος της μεμβράνης. Άλλα μόρια αερίου, όπως το άζωτο και το οξυγόνο, διατηρούνται από το υλικό μεμβράνης λόγω του μεγαλύτερου μεγέθους ή της χαμηλότερης διαπερατότητας τους. Αυτός ο επιλεκτικός μηχανισμός διαχωρισμού που βασίζεται σε μοριακό μέγεθος και διαπερατότητα καθιστά την τεχνολογία μεμβράνης ιδιαίτερα αποτελεσματική στη σύλληψη άνθρακα.

Επιπλέον, ο μηχανισμός της τεχνολογίας μεμβράνης περιλαμβάνει επίσης αλληλεπιδράσεις μεταξύ των μορίων αερίου και του υλικού μεμβράνης. Αυτές οι αλληλεπιδράσεις, συμπεριλαμβανομένων των διαμοριακών δυνάμεων van der Waals, των ηλεκτροστατικών δυνάμεων και των δεσμών υδρογόνου, καθορίζουν συλλογικά τον ρυθμό διάχυσης των μορίων αερίου μέσω της μεμβράνης και της αποτελεσματικότητας διαχωρισμού.

Στον τομέα της σύλληψης άνθρακα, η τεχνολογία μεμβράνης χρησιμοποιεί μια μεγάλη ποικιλία υλικών μεμβράνης, το καθένα με τα δικά της μοναδικά χαρακτηριστικά. Με βάση τις ιδιότητες του υλικού μεμβράνης και της εφαρμογής του, η τεχνολογία μεμβράνης μπορεί να κατηγοριοποιηθεί σε πορώδεις μεμβράνες, πυκνές μεμβράνες και μεμβράνες μικτής μήτρας.

1. Πορώδεις μεμβράνες

Οι ανόργανες πορώδεις μεμβράνες, όπως οι κεραμικές μεμβράνες και οι μεταλλικές μεμβράνες, προσφέρουν εξαιρετική σταθερότητα, αντοχή στη θερμοκρασία και αντοχή στη διάβρωση και διατηρούν ευρείες προοπτικές εφαρμογής στη σύλληψη άνθρακα. Ωστόσο, λόγω του υψηλού κόστους προετοιμασίας και των τεχνικών δυσκολιών, οι μεγάλες - εφαρμογή των ανόργανων πορώδεις μεμβράνες εξακολουθούν να αντιμετωπίζουν προκλήσεις.

Αντίθετα, οι οργανικές πορώδεις μεμβράνες, όπως οι μικροπορώδεις μεμβράνες πολυμερούς μπλοκ και οι θερμικά ανακατατάζονται μεμβράνες, προσφέρουν βελτιωμένη μεμβράνη - σχηματίζοντας ιδιότητες και υψηλή απόδοση διαχωρισμού CO2. Αυτά τα υλικά μεμβράνης επιτυγχάνουν αποτελεσματικό διαχωρισμό CO2 βελτιστοποιώντας τον ελεύθερο όγκο που παράγεται από τη συσσώρευση μοριακών τμημάτων. Ωστόσο, οι οργανικές πορώδεις μεμβράνες αντιμετωπίζουν επίσης προκλήσεις, όπως το υψηλό μεγάλο κόστος σύνθεσης κλίμακας και η ευαισθησία στη γήρανση, απαιτώντας περαιτέρω βελτιστοποίηση και βελτίωση.

2. Πυκνές μεμβράνες

Κυρίως κατασκευασμένο από υψηλό - μοριακό - πολυμερή βάρους, αυτές οι μεμβράνες επιτυγχάνουν διαχωρισμό μέσω του ελεύθερου όγκου που παράγεται από τη συσσώρευση μοριακών τμημάτων. Τα εμπορικά διαθέσιμα υλικά μεμβράνης πολυμερούς περιλαμβάνουν μεμβράνες οξικής κυτταρίνης (CA), μεμβράνες πολυϊμιδίου (ΡΙ) και μεμβράνες πολυαιθυλενοξειδίου (ΡΕΟ). Αυτά τα υλικά μεμβράνης έχουν ορισμένο δυναμικό εφαρμογής στον τομέα της σύλληψης άνθρακα, αλλά η απόδοσή τους πρέπει επίσης να βελτιωθεί περαιτέρω και να βελτιστοποιηθεί.

3. Μικτή μεμβράνη μήτρας (MMM)

Ως νέος τύπος υλικού μεμβράνης, έχει προσελκύσει ευρεία προσοχή στον τομέα της σύλληψης άνθρακα. Με την ανάμειξη πορώδους νανοφίλλων με εξαιρετική επιλεκτικότητα διοξειδίου του άνθρακα με πολυμερή, παρασκευάστηκε μια μεικτή μεμβράνη μήτρας με τις δύο μεμβράνες - σχηματίζοντας και εξαιρετική απόδοση διαχωρισμού διοξειδίου του άνθρακα. Αυτό το υλικό μεμβράνης δεν έχει μόνο αποτελεσματική απόδοση διαχωρισμού διοξειδίου του άνθρακα, αλλά έχει επίσης καλή σταθερότητα και αντοχή στη διάβρωση, παρέχοντας νέες ιδέες για την ανάπτυξη της τεχνολογίας σύλληψης άνθρακα.

Η τεχνολογία μεμβράνης έχει σημαντικά χαρακτηριστικά και πλεονεκτήματα στον τομέα της σύλληψης άνθρακα.

(1) Η τεχνολογία μεμβράνης έχει υψηλή αποτελεσματικότητα διαχωρισμού και μπορεί να διαχωρίσει αποτελεσματικά το διοξείδιο του άνθρακα και άλλα αέρια για να επιτευχθεί υψηλή σύλληψη διοξειδίου του άνθρακα καθαρότητας. Βοηθά στη μείωση των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου στην ατμόσφαιρα.

(2) Η τεχνολογία μεμβράνης έχει χαμηλή κατανάλωση ενέργειας. Σε σύγκριση με τις παραδοσιακές μεθόδους χημικής απορρόφησης και φυσικής προσρόφησης, η τεχνολογία μεμβράνης δεν απαιτεί τη χρήση μεγάλων ποσοτήτων χημικών αντιδραστηρίων και διαλυτών, μειώνοντας την κατανάλωση ενέργειας και τις εκπομπές αποβλήτων.

(3) Η τεχνολογία μεμβράνης είναι επίσης εύκολη στη λειτουργία και εύκολη στην αυτοματοποίηση και συνεχώς παράγοντας. Μπορεί να βελτιώσει την αποτελεσματικότητα και τη σταθερότητα της σύλληψης άνθρακα και να μειώσει τη χειροκίνητη παρέμβαση και το λειτουργικό κόστος.

(4) Η τεχνολογία μεμβράνης έχει μικρότερο αντίκτυπο στο περιβάλλον. Δεδομένου ότι δεν απαιτεί τη χρήση μεγάλων ποσοτήτων χημικών αντιδραστηρίων και διαλυτών, μειώνει τον κίνδυνο της περιβαλλοντικής ρύπανσης και των εκπομπών αποβλήτων.

Υπάρχουν πολλοί διαφορετικοί τρόποι για την εφαρμογή της τεχνολογίας μεμβράνης στον τομέα της σύλληψης άνθρακα, που καλύπτει τη θεραπεία βιομηχανικών αποβλήτων, τον άνθρακα - που έχουν καυσαθεί σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής και τα εργοστάσια ηλεκτροπαραγωγής φυσικού αερίου, οι μεταφορές και τα συστήματα κλιματισμού.

(1) Στη θεραπεία αερίου βιομηχανικών αποβλήτων, η τεχνολογία μεμβράνης μπορεί να διαχωρίσει αποτελεσματικά και να καταγράψει διοξείδιο του άνθρακα από αέριο απόβλητα, μειώνοντας τις εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου στην ατμόσφαιρα. Παρέχει ισχυρή υποστήριξη για τη διατήρηση της ενέργειας και τη μείωση των εκπομπών στις διαδικασίες βιομηχανικής παραγωγής.

(2) Σε μεγάλες πηγές εκπομπών όπως ο άνθρακας - που έχουν εκτοξευθεί σταθμές ηλεκτροπαραγωγής και σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής φυσικού αερίου, η τεχνολογία μεμβράνης έχει επίσης ευρείες προοπτικές εφαρμογής. Με την εγκατάσταση συσκευών σύλληψης άνθρακα μεμβράνης, το διοξείδιο του άνθρακα από αυτές τις πηγές εκπομπών μπορεί να καταγραφεί και να διαχωριστεί αποτελεσματικά για να επιτευχθούν στόχοι μείωσης των εκπομπών.

(3) Στον τομέα της μεταφοράς, η τεχνολογία μεμβράνης μπορεί να εφαρμοστεί στην επεξεργασία εξάτμισης αυτοκινήτων για τη σύλληψη και τη μείωση των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα. Με τη διάδοση των νέων ενεργειακών οχημάτων και την ανάπτυξη χαμηλής μεταφοράς άνθρακα, οι προοπτικές εφαρμογής της τεχνολογίας μεμβράνης στον τομέα των μεταφορών θα είναι ευρύτερες.

(4) Η τεχνολογία μεμβράνης μπορεί επίσης να διαδραματίσει σημαντικό ρόλο στην οικοδόμηση συστημάτων κλιματισμού. Με τη λήψη και την ανακύκλωση του διοξειδίου του άνθρακα στον αέρα μέσα στο κτίριο, η τεχνολογία μεμβράνης μπορεί να μειώσει την εξάρτηση από τον εξωτερικό αέρα, εξοικονομώντας έτσι ενέργεια και μειώνοντας τις εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα.

Η τάση ανάπτυξης της τεχνολογίας μεμβράνης στον τομέα της σύλληψης άνθρακα θα παρουσιάσει τα ακόλουθα χαρακτηριστικά: Πρώτον, η συνεχή καινοτομία και η βελτιστοποίηση των μεμβρανικών υλικών για τη βελτίωση της αποτελεσματικότητας του διαχωρισμού και της σταθερότητας του διοξειδίου του άνθρακα. Δεύτερον, μεγάλη εφαρμογή και προώθηση της τεχνολογίας μεμβράνης για τη μείωση του κόστους της σύλληψης άνθρακα και τη βελτίωση των οικονομικών παροχών. Τρίτον, η ενσωμάτωση και η σύντηξη της τεχνολογίας μεμβρανών με άλλες τεχνολογίες, όπως η μέθοδος χημικής απορρόφησης, η μέθοδος φυσικής προσρόφησης και άλλες τεχνολογίες, για να σχηματίσουν ένα πιο αποτελεσματικό και φιλικό προς το περιβάλλον σύστημα λήψης άνθρακα, το οποίο θα προωθήσει την εφαρμογή και την ανάπτυξη της τεχνολογίας μεμβράνης στον τομέα της σύλληψης άνθρακα και θα συμβάλει μεγαλύτερη συμβολή στην πρόληψη και τον έλεγχο της αλλαγής του κλίματος.