有机框架高度多孔的,使它们适合吸收气体和液体。这个图表显示了一个基于MOF的内部金属镁(绿色球),和增加了分子- tetraamines(蓝色,灰色)——添加到毛孔更有效地从电厂吸收二氧化碳的排放。尤金·金(加州大学伯克利分校的图形)
碳捕获技术的巨大的进步可能会提供一个高效和廉价的方式天然气发电厂从烟道中去除二氧化碳排放,减少温室气体排放的必要步骤减缓全球变暖和气候变化。
伯克利加州大学的研究人员开发的,劳伦斯伯克利国家实验室和埃克森美孚,新技术使用一个高度多孔材料称为有机框架,或财政部、修改与氮含量胺分子捕获二氧化碳和低温蒸汽排出的二氧化碳其他用途或把它封存在地下。
在实验中,该技术显示六倍的去除能力比现有amine-based烟气CO2技术,它是高度选择性,捕获超过90%的二氧化碳排放。流程使用低温蒸汽再生重复使用的财政部,意味着需要更少的能源碳捕获。
“二氧化碳捕获,汽提,你使用直接接触蒸汽脱二氧化碳——被圣杯的领域。它就是最便宜的方法,”高级研究员杰弗里说,加州大学伯克利分校化学与化学和生物分子工程学的教授和高级教员伯克利国家实验室的科学家。“这些材料,至少从实验到目前为止我们所做的,看起来非常有前途。”
因为几乎是没有市场的大多数捕获二氧化碳,发电厂可能泵大部分回到地面上,或者把它封存,将理想变成岩石。擦洗排放的成本必须由政府推动政策,如碳交易或碳税,鼓励二氧化碳捕集与封存,许多国家已经实现。
工作是由埃克森美孚,正在与伯克利集团和长时间的启动,马赛克材料有限公司开发,扩大和测试流程剥离CO2排放。
长是一篇文章的资深作者描述的新技术将出现在7月24日出版的《科学》杂志上。
的原子结构中的单个孔隙MOF展示二氧化碳分子(灰色和红色球体)绑定到tetraamines(蓝白相间的球体),建立一个二氧化碳聚合物,通过孔隙线程。低温蒸汽可以除去二氧化碳封存,允许重用财政部从发电厂捕捉更多的碳排放。尤金·金(加州大学伯克利分校的图形)
“我们能够把最初的发现,通过研究和测试,得出一个材料,在实验室实验显示潜力不仅捕获二氧化碳在极端条件下出现在烟气排放的天然气发电厂,但这样做没有损失的选择性,”作者西蒙·韦斯顿说:高级研究助理和项目领导的埃克森美孚研究与工程公司。“我们已经表明,这些新材料和低级的蒸汽可以再生重复使用,提供了一个途径,大规模碳捕获一个可行的解决方案。”
二氧化碳排放量燃烧化石燃料汽车、电力发电厂和工业估计占65%的温室气体排放导致了气候变化,已经地球平均温度增加了1.8华氏度(1摄氏度)自19世纪。没有减少这些排放,气候科学家预测高温,更多的不稳定和暴力的风暴,几英尺造成的海平面上升、干旱、洪水、火灾、饥荒和冲突。
”的东西在现实中,政府间气候变化专门委员会说,我们需要做什么来控制全球变暖,二氧化碳捕获是一个巨大的一部分,“长说。“我们don’t使用的大部分时间我们需要停止排放的二氧化碳,但我们必须这么做。”
剥离
发电厂地带烟道排放CO2今天冒泡烟气通过有机胺在水里,绑定和提取二氧化碳。液体被加热到120 – 150 C (250 – 300 F)释放二氧化碳气体,之后液体重用。整个过程消耗了大约30%的电力。捕获的二氧化碳封存于地下一个额外的成本,虽然小,但分数。
一个植物受天然气发电。新技术可以捕捉二氧化碳的排放量等植物为了削减它的地下,减少气候变化的温室气体负责。(照片由国际能源署)
六年前,长和他的团队在加州大学伯克利分校中心气体分离,这是由美国能源部资助,发现了一个化学改性MOF,容易从集中电厂烟道捕捉二氧化碳排放,可能捕捉成本减少了一半。他们补充道二胺分子随着含镁MOF的二氧化碳催化聚合物链的形成可以被冲洗,清除潮湿的二氧化碳。
因为财政部很多孔,在这种情况下,像蜂窝一样,一个纸夹的数量重量有一个内部面积相当于一个足球场,所有用于吸附气体。
的主要优势amine-appended mof是胺可以在不同浓度调整捕获二氧化碳,从12%到15%不等的典型燃煤电厂典型的天然气发电厂排放的4%,甚至更低浓度环境空气。马赛克材料长共同创立和指导,是为了提供这种技术广泛权力和工厂。
但180 C流冲洗所需的水和二氧化碳捕获的二氧化碳最终驱动二胺分子,缩短生命的材料。新版本使用四胺分子——tetraamine在高温下更稳定和蒸汽的存在。
“tetraamines如此强烈束缚在财政部,我们可以使用一个非常集中的水蒸气与零二氧化碳,如果你试过以前的吸附剂,蒸汽会破坏材料,“长说。
他们表明,蒸汽直接接触在110 – 120 C -有点高于水的沸点,适用排除二氧化碳。蒸汽温度是现成的天然气发电厂,而再生所需的180 C CO2-water混合之前修改财政部需要加热,造成能源的浪费。
长时,韦斯顿及其同事首先想到用强硬的tetraamines代替二元胺,似乎。但晶体结构diamine-containing财政部暗示可能会有方法来连接两个二元胺形成tetraamine同时保留材料聚合二氧化碳的能力。加州大学伯克利分校的研究生尤金·金时,论文的第一作者,化学创造了tetraamine-appended MOF,它优于diamine-appended财政部第一次尝试。
随后研究人员研究的结构修改财政部使用伯克利实验室的先进的光源,显示二氧化碳聚合物这条线的毛孔MOF tetraamines实际上是联系在一起的,像一个梯子tetraamines梯级。采用基于密度泛函理论计算使用科里超级计算机在伯克利Lab’s国家能源研究科学计算中心(·),计算资源在分子铸造和资源提供的校园的伯克利的研究计算项目证实了这种不寻常的结构,长期的团队最初的设想。
“我一直在做研究卡尔23年了,这是其中的一次,你有什么似乎是一个疯狂的想法,它就马上工作,“长说。
与长期合作者,金正日从埃克森美孚和韦斯顿是约瑟夫·法;丽贝卡Siegelman,亨利江,亚历山大•福斯杰弗里•马爹利菲利普·米尔纳,杰弗里·雷蒙和杰弗里Neaton从加州大学伯克利分校;从伯克利实验室和Jung-Hoon李。Neaton和雷蒙也教员伯克利国家实验室的资深科学家。
相关信息
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- 新材料捕获碳能源成本的一半(2015年3月11日)
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