• Home
  • Chimica
  • Astronomia
  • Energia
  • Natura
  • Biologia
  • Fisica
  • Elettronica
  •  science >> Scienza >  >> Chimica
    Gli ingegneri identificano membrane migliorate per catturare la CO2 nelle centrali elettriche a carbone

    Rappresentazione di una struttura metallo-organica (HKUST-1) incorporata in una matrice polimerica da utilizzare come membrana per separazioni efficienti di gas. Credito:Kutay Sezginel/Laboratorio di materiali ipotetici

    Un metodo di modellazione computazionale sviluppato presso la Swanson School of Engineering dell'Università di Pittsburgh può aiutare a velocizzare l'identificazione e la progettazione di nuovi materiali per la cattura e lo stoccaggio del carbonio da utilizzare nelle centrali elettriche a carbone della nazione. Le ipotetiche membrane a matrice mista fornirebbe una soluzione più economica rispetto ai metodi attuali, con un costo previsto inferiore a $50 per tonnellata di anidride carbonica (CO 2 ) RIMOSSO.

    Il gruppo di ricerca, guidato da Christopher Wilmer, assistente professore di ingegneria chimica e petrolifera, in collaborazione con il co-investigatore Jan Steckel, ricercatore presso il National Energy Technology Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, e AECOM con sede a Pittsburgh, ha pubblicato i suoi risultati sulla rivista della Royal Society of Chemistry Scienze dell'energia e dell'ambiente ("Previsione computazionale ad alto rendimento del costo della cattura del carbonio utilizzando membrane a matrice mista").

    "Le membrane polimeriche sono state utilizzate per decenni per filtrare e purificare i materiali, ma sono limitati nel loro uso per la cattura e lo stoccaggio del carbonio, " ha osservato il dottor Wilmer, che guida l'Ipotetico Materials Lab presso la Swanson School. "Membrane a matrice mista, che sono membrane polimeriche con piccole, particelle inorganiche disperse nel materiale, mostrano estrema promessa a causa delle loro proprietà di separazione e permeabilità. Però, il numero di potenziali polimeri e particelle inorganiche è significativo, e quindi trovare la migliore combinazione per la cattura del carbonio può essere scoraggiante".

    Secondo il dottor Wilmer, i ricercatori hanno costruito sulla loro vasta ricerca in strutture metallo-organiche (MOF), che sono materiali cristallini altamente porosi creati tramite l'autoassemblaggio di metallo inorganico con linker organici. Questi MOF, che può immagazzinare un volume di gas maggiore rispetto ai serbatoi tradizionali, sono altamente versatili e possono essere realizzati con una varietà di materiali e progettati su misura con proprietà specifiche.

    Il Dr. Wilmer e il suo gruppo hanno esplorato i database esistenti di MOF ipotetici e reali per la loro ricerca, risultando in più di un milione di potenziali membrane a matrice mista. Hanno quindi confrontato la permeazione di gas prevista di ciascun materiale con i dati pubblicati, e li ha valutati in base a un processo di acquisizione in tre fasi. Variabili come portata, frazione di cattura, le condizioni di pressione e temperatura sono state ottimizzate in funzione delle proprietà della membrana con l'obiettivo di identificare specifiche membrane a matrice mista che avrebbero prodotto un costo di cattura del carbonio accessibile. Le potenziali implicazioni per la ricerca del gruppo Wilmer sono enormi. Sebbene le centrali elettriche a carbone nei soli Stati Uniti rappresentino attualmente solo il 30% del portafoglio energetico nazionale, nel 2017 hanno contribuito con la quota maggiore di 1, 207 milioni di tonnellate di CO 2 , o il 69 percento della CO . totale legata all'energia degli Stati Uniti 2 emissioni dell'intero settore elettrico statunitense. (Fonte:U.S. Energy Information Administration.)

    "La nostra modellazione computazionale di MOF sia ipotetici che reali ha portato a un nuovo database di oltre un milione di membrane a matrice mista con CO corrispondente 2 acquisire prestazioni e costi associati, " ha detto il dottor Wilmer. "Ulteriori analisi tecno-economiche hanno prodotto 1, 153 membrane a matrice mista con un costo di cattura del carbonio inferiore a $50 per tonnellata rimossa. Così, esiste il potenziale per creare un mezzo economicamente conveniente ed efficiente di CO 2 cattura nelle centrali elettriche a carbone in tutto il mondo e affrontando efficacemente una fonte significativa di anidride carbonica generata da combustibili fossili nell'atmosfera".


    © Scienza https://it.scienceaq.com