Kovai su klimato kaita skirtas naujas elektrocheminis įrenginys iš oro sugeria anglies dioksidą, rašo „EurekAlert!“
Taikydami į akumuliatoriaus įkrovimą ir iškrovimą panašų procesą, inžinieriai sukūrė naują būdą, kaip tiesiogiai iš atmosferos išsiurbti anglies dioksidą. Šis pažangus būdas galėtų padėti spręsti per didelio CO2 kiekio Žemėje problemą.
Naujas bendras Ilinojaus universiteto Erbanoje, Šampeine, mokslininkų ir „Toyota“ atstovų tyrimas orientuotas į tiesioginį oro surinkimą – technologiją, kuria siekiama sumažinti naujas emisijas ir pašalinti atmosferoje jau susikaupusį anglies dioksidą. Taikant šį metodą, CO2 būtų sugeriamas ir išskiriamas naudojant ne šilumą, kaip daroma daugelyje anglies dioksido surinkimo metodų, bet naudojant elektrą ir vandens pagrindu veikiančias chemines reakcijas elektrocheminiame įrenginyje.
Mašinų inžinerijos ir gamtos mokslų profesoriaus Kyle`o Smitho, Ilinojaus universiteto magistrantų Paulo Rozzi ir Jeongos Lee bei Šiaurės Amerikos „Toyota“ tyrimų instituto atstovų Chipo Robertso ir Timo Arthuro atlikto tyrimo rezultatai paskelbti žurnale „Environmental Science and Technology“.
Dauguma klimatologų sutinka, kad net drastiškai sumažinus dabartines emisijas, pasaulis vargu ar pasieks tikslus dėl klimato, jei kartu nebus pašalinta bent dalis per pastaruosius dešimtmečius jau susikaupusio CO2. Dauguma dabartinių anglies dioksido surinkimo technologijų taikomos taškiniuose emisijų šaltiniuose, pavyzdžiui, elektrinių kaminuose, kur CO2 emisijos yra didelės.
„Taškinio šaltinio metodai yra svarbūs, tačiau jie nepadeda išspręsti problemos, susijusios su didžiuliu CO2 kiekiu, kuris jau yra įsimaišęs ore daug mažesnėmis koncentracijomis, – sakė K. Smithas. – Mūsų tyrimas skirtas šiai senai problemai spręsti.“
Svarbiausias šio tyrimo pasiekimas yra tai, kad įrenginyje naudojami specialūs kalio stabilizuoti mangano dioksido elektrodai ir taikomas specifinis krūvį turinčių dalelių judinimo metodas. Laboratorijoje tyrėjai naudojo elektrocheminį elementą, kad pakeistų druskos tirpalo pH. Viename etape tirpalas tampa labiau šarminis, todėl gali veiksmingai iš oro sugerti CO2. Kitame etape tirpalas vėl tampa mažiau šarminis, dėl to CO2 išsiskiria burbuliukais išgryninta forma, paruoštas saugoti ar pakartotinai naudoti.
„Mūsų tyrimas yra novatoriškas, nes naudojame protonų interkaliacijos elektrodus vadinamajame katijonų kompensuotame elemente, – aiškino K. Smithas. – Tokia konstrukcija leidžia dirbti šarminėje aplinkoje, kurioje CO2 yra daug tirpesnis, o tai yra itin svarbu, kad tiesioginis anglies dioksido surinkimas iš oro taptų praktiškai įgyvendinamas.“
Siekdami, kad sistema veiktų kuo efektyviau, tyrėjai į šį procesą žiūrėjo kaip į klasikinį termodinaminį ciklą, remdamiesi principais, kuriais inžinieriai vadovaujasi projektuodami elektrines. Užuot mąstę slėgio ir tūrio kategorijomis, jie savo ciklą suplanavo remdamiesi tirpale esančios ištirpusios neorganinės anglies ir kalio jonų koncentracija.
„Pavaizdavę šį procesą kaip termodinaminį ciklą konkrečioje erdvėje, galėjome pamatyti, kur švaistoma energija ir kaip reikėtų pertvarkyti ciklą“, – sakė J. Lee.
Nors pirmieji rezultatai teikia vilčių, tyrėjų teigimu, dar reikia įdėti nemažai darbo, kad šią technologiją būtų galima diegti platesniu mastu.
Pavyzdžiui, įrenginys naudoja du skysčių srautus, kurie idealiu atveju turėtų likti atskirti. Praktiškai keičiant srautus, jie šiek tiek susimaišo, o tai sumažina efektyvumą.
„Srautų tarpusavio maišymasis yra viena iš didžiausių problemų, su kuriomis šiuo metu susiduriame, – sakė P. Rozzi. – Jei pavyks šį maišymąsi apriboti arba suprojektuoti sistemą taip, kad jo būtų galima išvengti, galėsime gerokai pagerinti tiek energijos suvartojimą, tiek našumą.“
„Bendradarbiavimas su profesoriumi K. Smithu ir Ilinojaus universiteto mokslininkais elektrocheminio tiesioginio oro surinkimo srityje suteikia naudingų įžvalgų apie tai, kaip, siekiant išspręsti sudėtingas CO2 atskyrimo problemas, galima derinti medžiagas, elektrochemiją ir procesų projektavimą, – sakė Ch. Robertsas. – Tokio pobūdžio pradinės stadijos tyrimais grindžiamos platesnės „Toyota“ pastangos ieškoti novatoriškų dekarbonizacijos būdų.“
Tyrimą rasite čia.
