Nowoczesne nanomateriały zwiększają wydajność procesu sekwestracji dwutlenku węgla

• Strona główna
• Artykuły
• Nowoczesne nanomateriały zwiększają wydajność procesu sekwestracji dwutlenku węgla

2020-04-08

Głównym celem projektu INTERACT (INnovaTive Enzymes and polyionic-liquids based membRAnes as CO₂ Capture Technology) było zwiększenie efektywności energetycznej i kosztowej istniejących metod wychwytywania dwutlenku węgla. Stworzono szybkie biokatalizatory na bazie enzymów oraz wysoko wydajne nanomateriały nazywane „cieczami polijonowymi” (PIL, PolyIonic Liquids). Nanomateriały zostały następnie wykorzystane do budowy wysoce selektywnych membran do separacji gazu, wykorzystanych w nowych rozwiązaniach technologicznych.

- Z powodu dużego zużycia energii stosowanie obecnych technologii wychwytywania wtórnego, takich jak płuczki chemiczne, wiąże się z wieloma problemami natury ekonomicznej. Technologia INTERACT pozwoli nam unowocześnić procesy wychwytywania CO₂: już teraz zastosowanie rozpuszczalników katalizowanych enzymami oraz innowacyjnych urządzeń stosowanych do wymiany chemicznej, w tym kontaktorów membranowych, znacznie usprawniło proces oczyszczania spalin. Co ważne, podczas naszej pracy staraliśmy się wykorzystać synergie między wysoką afinicznością naszych materiałów w zakresie wychwytywania CO₂ a nowoczesnymi technologiami, jednocześnie analizując ich wydajność w oparciu o szczegółowe oceny techniczno-ekonomiczne i oceny cyklu życia. Prace w ramach projektu INTERACT wymagały wielu eksperymentów i szczegółowych modeli wydajności osobnych dla każdej technologii nie tylko w skali laboratoryjnej, ale również pilotowej. W celu zidentyfikowania odpowiednich układów enzym-rozpuszczalnik nasz zespół najpierw wykonał testy aktywności metodą oznaczania aktywności enzymu, a następnie zbadał układy zapewniające długoterminową stabilność pod kątem usprawnienia wymiany masy, przeprowadzając doświadczenia laboratoryjne w kolumnie ze zwilżanymi ściankami. W kolejnym etapie prac najbardziej obiecujące rozpuszczalniki enzymatyczne zostały umieszczone w kolumnach absorpcyjnych o różnej średnicy i różnej wysokości wypełnienia, zbudowanych w skali technicznej w różnych zakładach. Dzięki zastosowaniu najskuteczniejszych enzymów będziemy mogli użyć rozpuszczalników o mniejszym współczynniku pochłaniania ciepła i większej zdolności do wychwytywania CO₂, co pozwoli znacznie zmniejszyć zapotrzebowanie na energię niezbędną w procesie absorpcji chemicznej” – podkreśla prof. Andrzej Górak, koordynator projektu z Politechniki w Dortmundzie w Niemczech.

Dodaje on również, że połączenie anhydrazy węglanowej i wodnego roztworu MDEA z nowymi enzymami niemal dziewięciokrotnie poprawiło przenikanie CO₂, nowy system może więc być z powodzeniem stosowany w najnowocześniejszych płuczkach.

Badacze mają pewność, że w przyszłości uda się jeszcze bardziej usprawnić cały proces. Oczekuje się, że opracowane przez uczestników projektu membrany gazowe bazujące na cieczach PIL zwiększą efektywność energetyczną procesu wychwytywania CO₂, chociaż nadal jest wiele do zrobienia.

- Stworzona przez nas niezwykle interesująca koncepcja hybrydowego kontaktora membranowego zawierającego zarówno ciecze polijonowe (PIL), jak i enzymy, umożliwia wykorzystanie synergii pomiędzy tymi materiałami, jednak wymaga bardziej szczegółowego zbadania przed dokonaniem ostatecznej oceny. Najlepszym sorbentami do stosowania w procesach absorpcji oraz jako wysoce selektywne i aktywne warstwy w cienkich kompozytowych membranach gazowych okazały się być najbardziej selektywne, porowate i gęste ciecze polijonowe (PIL). Co ciekawe, jeden z materiałów PIL opracowanych i wprowadzonych na rynek wzbudził duże zainteresowanie firm z branży elektrochemicznych systemów magazynowania energii jako doskonały składnik elektrolitów żelowych/polimerowych. Być może pomoże on usprawnić działanie systemów magazynowania, a tym samym zwiększyć stopień wykorzystania energii odnawialnej – podkreśla prof. Andrzej Górak.

Badacze podjęli już starania, aby dla każdej nowej technologii dostępna była odpowiednia koncepcja procesowa pozwalająca maksymalnie wykorzystać potencjalne korzyści przy jednoczesnym uwzględnieniu wszelkich możliwych ograniczeń. Koncepcje te zostały ocenione pod kątem istniejącego scenariusza emisji CO₂ przez przemysł. Szczegółowe oceny techniczno - ekonomiczne i ekologiczne wykazały, że technologie INTERACT nie tylko mają ogromny potencjał w zakresie redukcji oddziaływania elektrowni węglowych oraz innych zakładów emitujących CO₂ na środowisko, ale również sprawdzają się o wiele lepiej niż obecne najnowocześniejsze płuczki aminowe. W przyszłości rozwiązania te powinny być stosowane nie tylko do wychwytywania dwutlenku węgla ze spalin pochodzących z elektrowni, ale też z cementowni czy zakładów uzdatniających biogaz.

dwutlenek węglabadania i rozwój