1028日2019年 

空気の流れから二酸化炭素を除去する新しい方法は、気候変動との戦いにおいて重要なツールを提供できます。 この新しいシステムは、現在大気中に見られる約100 ppmに至るまで、ほぼすべての濃度レベルでガスを処理できます。

この新しいシステムの図では、右上から入ってくる空気は、二酸化炭素を引き付けるバッテリー電極を含む2つのチャンバー(灰色の長方形の構造)の1つに進みます。 次に、気流はもう一方のチャンバーに切り替えられ、一方、最初のチャンバーに蓄積された二酸化炭素は別の貯蔵タンクにフラッシュされます(右)。 これらの交互の流れにより、2段階プロセスの連続操作が可能になります。

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研究者の厚意による画像

ガスの流れから二酸化炭素を除去するほとんどの方法では、化石燃料ベースの発電所からの煙道排出物に見られるような、より高い濃度が必要です。 空気中に見られる低濃度で機能するいくつかのバリエーションが開発されましたが、新しい方法はエネルギー集約度が非常に低く、高価です、と研究者は言います。

帯電した電気化学プレートのスタックに空気を通過させることに基づくこの手法は、MITのポスドクであるシャーハグ・ボスキアン(Sahag Voskian)によるエネルギーと環境科学のジャーナルの新しい論文で説明されています


このデバイスは、本質的に、充電中に電極を通過する空気(またはその他のガス流)から二酸化炭素を吸収し、放電されるとガスを放出する大型の専用バッテリーです。動作中、装置は単純に充電と放電を交互に行い、充電サイクル中に新鮮な空気または供給ガスがシステムに吹き込まれ、その後、放電中に純粋な濃縮二酸化炭素が吹き出されます。


バッテリーが充電されると、電極スタックのそれぞれの表面で電気化学反応が起こります。これらは、カーボンナノチューブと複合化されたポリアントラキノンと呼ばれる化合物でコーティングされています。電極は二酸化炭素に対して自然な親和性を持ち、非常に低濃度で存在する場合でも、気流または供給ガス中の分子と容易に反応します。バッテリーが放電されると、逆反応が起こります-その間、デバイスはシステム全体に必要な電力の一部を供給でき、その過程で純粋な二酸化炭素の流れを排出します。システム全体は、室温および通常の空気圧で動作します。


「この技術が他のほとんどの炭素回収または炭素吸収技術と比較して最大の利点は、二酸化炭素に対する吸着剤の親和性の二元性です」とボスキアン(Voskian)氏は説明します。言い換えれば、電極材料は、その性質により、バッテリーの充電または放電の状態に応じて「親和性が高いかまったくない」かのいずれかです。炭素捕捉に使用される他の反応には、中間の化学処理ステップ、または熱や圧力差などの重要なエネルギーの入力が必要です。


「このバイナリ・アフィニティにより、400 ppmを含むあらゆる濃度から二酸化炭素を捕捉でき、100パーセント二酸化炭素を含むあらゆるキャリアストリームに放出できます」とボスキアン氏は言います。つまり、ガスがこれらの平坦な電気化学セルのスタックを流れると、放出ステップ中に捕捉された二酸化炭素が一緒に運ばれます。例えば、所望の最終製品が飲料の炭酸化に使用される純粋な二酸化炭素である場合、純粋なガスの流れをプレートに吹き込むことができます。捕捉されたガスはプレートから放出され、ストリームに合流します。


いくつかのソフトドリンクの瓶詰め工場では、化石燃料を燃やして、飲み物に炭酸を与えるのに必要な二酸化炭素を生成します。 同様に、一部の農家は天然ガスを燃焼させて二酸化炭素を生成し、温室で植物を養います。 新しいシステムは、これらのアプリケーションでの化石燃料の必要性をなくすことができ、その過程で実際に温室効果ガスを空中から取り出すことができます、とボスキアンは言います。 あるいは、純粋な二酸化炭素の流れを圧縮して地下に注入し、長期間廃棄することも、一連の化学的および電気化学的プロセスによって燃料にすることもできます。

二酸化炭素(赤)を含む空気または煙道ガス(青)の流れは、左からシステムに入ります。 薄い電池の電極板の間を通過すると、二酸化炭素が

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研究者の好意による魔術師


このシステムが二酸化炭素の捕捉と放出に使用するプロセスは「革新的」です。 「これらはすべて周囲条件です。熱、圧力、または化学物質を入力する必要はありません。 両方の表面がアクティブなこれらの非常に薄いシートは、箱に積み重ねて電源に接続できます。」


「私の研究所では、熱エネルギー源、システム圧力の変更、または分離と放出サイクルを完了するための化学物質の追加の必要性を回避するさまざまな環境問題に取り組むための新しい技術の開発に取り組んできました」とハットンは言います。 「この二酸化炭素回収技術は、分離を駆動するために電圧のわずかな変動のみを必要とする電気化学的アプローチの力の明確な実証です。」


稼働中のプラントでは、たとえば、排気ガスが連続的に生成される発電プラントでは、電気化学セルのこのようなスタックを2セット並べて並列運転し、最初に煙道ガスを1セットに向けることができます。 炭素回収の場合、最初のセットが排出サイクルに入る間、2番目のセットに転換されます。 交互に前後することにより、システムは常にガスの捕捉と排出の両方を行うことができます。 ラボでは、チームはシステムが少なくとも7,000回の充放電サイクルに耐えることができ、その間に効率が30%低下することを証明しました。 研究者は、それを20,00050,000サイクルに容易に改善できると推定しています。


電極自体は、標準的な化学処理方法で製造できます。 今日、これは実験室で行われていますが、最終的には新聞印刷機と同様のロールツーロール製造プロセスで大量に製造できるように調整することができます、とボスキアンは言います。 「私たちは非常に費用対効果の高い技術を開発しました」と彼は言い、電極1平方メートルあたり数十ドルで生産できると推定しています。


他の既存の炭素回収技術と比較して、このシステムは非常にエネルギー効率が高く、二酸化炭素1トンあたり約1ギガジュールのエネルギーを一貫して使用します。 他の既存の方法のエネルギー消費量は、入口の二酸化炭素濃度に応じて1トンあたり110ギガジュールの間で変化します、とボスキアンは言います。


研究者たちはプロセスを商業化するためにVerdoxという会社を設立し、今後数年以内にパイロット規模のプラントを開発することを望んでいると彼は言う。 また、このシステムは非常に簡単に拡張できます。「容量を増やしたい場合は、電極を増やすだけです。」


連絡先とソース:

デビッド・チャンドラー

マサチューセッツ工科大学(MIT


 http://www.ineffableisland.com/2019/10/new-way-to-remove-carbon-dioxide-from.html


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