Tehnologia membranei și captarea carbonului

Captarea carbonului se referă la o tehnologie care reduce emisiile de dioxid de carbon (CO2) prin captarea, separarea și stocarea acesteia. Este o modalitate eficientă de a atenua emisiile de gaze cu efect de seră și de a reduce concentrațiile de CO2.

Tehnologiile de captare a carbonului pot fi clasificate în primul rând în trei tipuri: Front - Captura de sfârșit, înapoi - Captura de sfârșit și BioCapture.

1. Front - Captura de sfârșit

Aceasta implică în primul rând separarea CO2 de fluxurile de gaz de ardere în timpul generarii de energie. Exemple includ postarea - Captura de combustie în cărbune - centrale electrice și gaze naturale, și pre - Captarea de combustie în cărbune de gazificare - centrale electrice. Cea mai comună front - metoda de captare a sfârșitului este absorbția chimică, care implică dizolvarea CO2 într -un solvent și apoi eliberarea acestuia din solvent prin schimbarea de încălzire și presiune. Amoniacul este un solvent utilizat frecvent care reacționează cu CO2 pentru a forma un compus stabil, care este apoi separat prin încălzire pentru a recupera CO2.

2. Înapoi - Captura de sfârșit

Acest lucru surprinde în primul rând CO2 din emisiile din surse de aplicare, inclusiv gaze de ardere (cum ar fi evacuarea cuptorului din producția de oțel și ciment) și gaze de ieșire din plante chimice. Printre tehnologiile de captare a sfârșitului -}, cele mai frecvente sunt adsorbția fizică și separarea membranei. Adsorbția fizică folosește materiale adsorbabile (cum ar fi carbonul activat) pentru a adsorb CO2 și pentru a -l elibera sub presiune și temperatură adecvate. Separarea membranei folosește membrane semipermeabile pentru a separa și purifica CO2 pe baza dimensiunii și proprietăților moleculelor de CO2 în comparație cu alte molecule de gaz.

3. BioCapture

Această metodă folosește în primul rând plante și organisme marine pentru a absorbi CO2 și a -l transforma în biomasă sau ulei de alge. Plantele transformă CO2 în materie organică prin fotosinteză și o păstrează ca biomasă. O altă metodă implică utilizarea algelor pentru a absorbi CO2 atmosferic și a -l transforma în ulei de alge, care poate fi utilizat pentru a produce biocombustibili, captând astfel și utilizând CO2.

Alte metode includ captarea biologică a carbonului, captarea fotocatalitică a carbonului, captarea carbonului de filtrare a aerului și captarea carbonului care divizează apă.

Printre numeroasele metode de captare a carbonului, tehnologia de captare a carbonului de membrană oferă avantaje unice, inclusiv eficiență energetică ridicată, echipamente compacte și integrate, ușurință de funcționare, eficiență ridicată de captare și prietenie cu mediul.

Tehnologia membranei este o tehnologie de separare a gazelor bazată pe permeabilitatea selectivă a membranelor. Această permeabilitate selectivă este derivată în principal din proprietățile fizice și chimice ale materialului membranei, cum ar fi dimensiunea porilor, proprietățile suprafeței și compoziția chimică. În domeniul captării carbonului, tehnologia membranei separă efectiv dioxidul de carbon de alte gaze prin exploatarea diferențelor de mărime a moleculei de gaz, condensabilitate și reactivitate.

Când un amestec de gaz care conține dioxid de carbon intră în contact cu o membrană, molecule de dioxid de carbon, datorită dimensiunii lor mai mici și a permeabilității mai mari, trec în mod preferențial prin peretele membranei. Alte molecule de gaz, cum ar fi azot și oxigen, sunt păstrate de materialul membranei datorită dimensiunii lor mai mari sau a permeabilității mai mici. Acest mecanism selectiv de separare bazat pe dimensiunea moleculară și permeabilitatea face ca tehnologia membranelor să fie extrem de eficientă în captarea carbonului.

În plus, mecanismul tehnologiei membranei implică, de asemenea, interacțiuni între moleculele de gaz și materialul membranei. Aceste interacțiuni, incluzând forțele intermoleculare van der Waals, forțele electrostatice și legăturile de hidrogen, determină colectiv rata de difuzie a moleculelor de gaz prin membrană și eficiența de separare.

În domeniul capturii de carbon, tehnologia membranei folosește o mare varietate de materiale cu membrană, fiecare cu propriile sale caracteristici unice. Pe baza proprietăților materialului membranei și a aplicării acestuia, tehnologia membranei poate fi clasificată în membrane poroase, membrane dense și membrane matrice mixte.

1. Membrane poroase

Membranele poroase anorganice, cum ar fi membranele ceramice și membranele metalice, oferă stabilitate excelentă, rezistență la temperatură și rezistență la coroziune și dețin perspective largi de aplicare în captarea carbonului. Cu toate acestea, din cauza costurilor mari de pregătire și a dificultăților tehnice, aplicarea la scară mare - a membranelor poroase anorganice se confruntă încă cu provocări.

În schimb, membranele poroase organice, cum ar fi membranele microporoase cu bloc polimeric și membranele rearanjate termic, oferă o filmare îmbunătățită - care formează proprietăți și performanță ridicată de separare a CO2. Aceste materiale de membrană obțin o separare eficientă a CO2 prin optimizarea volumului liber generat de acumularea de segmente moleculare. Cu toate acestea, membranele poroase organice se confruntă, de asemenea, cu provocări, cum ar fi mari mari - costuri de sinteză la scară și susceptibilitate la îmbătrânire, necesitând o optimizare și o îmbunătățire suplimentară.

2. Membrane dense

Fabricate în principal din High - molecular - polimeri de greutate, aceste membrane obțin separarea prin volumul liber generat de acumularea de segmente moleculare. Materialele cu membrană polimerică disponibilă în comerț includ membrane cu acetat de celuloză (CA), membrane de polimidă (PI) și membrane de oxid de polietilen (PEO). Aceste materiale cu membrană au un anumit potențial de aplicare în domeniul captării carbonului, dar performanțele lor trebuie, de asemenea, să fie îmbunătățite și optimizate în continuare.

3. Membrană a matricei mixte (MMM)

Ca un nou tip de material de membrană, acesta a atras atenția pe scară largă în domeniul captării carbonului. Prin amestecarea nanofilerelor poroase cu selectivitate excelentă a dioxidului de carbon cu polimeri, a fost pregătită o membrană matricială mixtă cu ambele filme - care formează proprietăți de formare și performanță excelentă de separare a dioxidului de carbon. Acest material de membrană nu numai că are performanțe eficiente de separare a dioxidului de carbon, dar are și o bună rezistență la stabilitate și coroziune, oferind idei noi pentru dezvoltarea tehnologiei de captare a carbonului.

Tehnologia membranei are caracteristici și avantaje semnificative în domeniul captării carbonului.

(1) Tehnologia membranei are o eficiență ridicată de separare și poate separa eficient dioxidul de carbon și alte gaze pentru a obține captarea ridicată a dioxidului de carbon -. Ajută la reducerea emisiilor de gaze cu efect de seră în atmosferă.

(2) Tehnologia membranei are un consum redus de energie. În comparație cu metodele tradiționale de absorbție chimică și de adsorbție fizică, tehnologia membranei nu necesită utilizarea unor cantități mari de reactivi chimici și solvenți, reducând consumul de energie și emisiile de deșeuri.

(3) Tehnologia membranei este, de asemenea, ușor de operat și ușor de automatizat și de produs continuu. Poate îmbunătăți eficiența și stabilitatea captării carbonului și poate reduce intervenția manuală și costurile de operare.

(4) Tehnologia cu membrană are un impact mai mic asupra mediului. Deoarece nu necesită utilizarea unor cantități mari de reactivi și solvenți chimici, reduce riscul de poluare a mediului și emisii de deșeuri.

Există multe moduri diferite de a aplica tehnologia membranei în domeniul captării carbonului, care acoperă tratarea gazelor reziduale industriale, cărbunele - centrale electrice și centrale electrice cu gaze naturale, transport și sisteme de aer condiționat de clădire.

(1) În tratarea gazelor reziduale industriale, tehnologia membranei poate separa în mod eficient și poate capta dioxidul de carbon de gazele reziduale, reducând emisiile de gaze cu efect de seră în atmosferă. Oferă sprijin puternic pentru conservarea energiei și reducerea emisiilor în procesele de producție industrială.

) Prin instalarea dispozitivelor de captare a carbonului cu membrană, dioxidul de carbon din aceste surse de emisii poate fi capturat și separat în mod eficient pentru a atinge ținte de reducere a emisiilor.

(3) În domeniul transportului, tehnologia membranei poate fi aplicată la tratamentul de evacuare a automobilelor pentru a capta și reduce emisiile de dioxid de carbon. Odată cu popularizarea noilor vehicule energetice și dezvoltarea transportului de carbon scăzut -, perspectivele de aplicație ale tehnologiei membranei în câmpul de transport vor fi mai largi.

(4) Tehnologia membranei poate juca, de asemenea, un rol important în construirea sistemelor de aer condiționat. Prin captarea și reciclarea dioxidului de carbon în aerul din interiorul clădirii, tehnologia membranei poate reduce dependența de aerul extern, economisind astfel energie și reducând emisiile de dioxid de carbon.

Tendința de dezvoltare a tehnologiei membranei în domeniul capturii de carbon va arăta următoarele caracteristici: prima, inovația continuă și optimizarea materialelor cu membrană pentru a îmbunătăți eficiența de separare și stabilitatea dioxidului de carbon; în al doilea rând, aplicarea la scară largă - și promovarea tehnologiei membranei pentru a reduce costul captării carbonului și a îmbunătăți beneficiile economice; În al treilea rând, integrarea și fuziunea tehnologiei membranei cu alte tehnologii, cum ar fi metoda de absorbție chimică, metoda de adsorbție fizică și alte tehnologii, pentru a forma un sistem de tehnologie de captare a carbonului mai eficientă și mai ecologică, care va promova aplicarea și dezvoltarea tehnologiei membranei în domeniul captării carbonului și va contribui mai mult la prevenirea globală a modificărilor climatice.