Onderzoekers van de Universiteit van Alberta hebben technieken ontwikkeld die een aanzienlijke hoeveelheid tijd besparen bij het ontwikkelen van efficiëntere technologieën voor het afvangen van koolstof. wat kan helpen de kosten voor het gebruik van de technologieën te verlagen en de acceptatie ervan te vergroten als een manier om de uitstoot van kooldioxide te verminderen.

U van A-professor Arvind Rajendran en zijn team ontwikkelden een screeningproces in twee stappen dat koolstofafvangmaterialen, zeolieten genaamd, in seconden in plaats van in een dag beoordeelt.

Zeolieten werken door adsorberende - in feite vast te houden aan - koolstofdioxidemoleculen, vergelijkbaar met de manier waarop geuren kunnen worden opgevangen door koolstoffilters in onze koelkasten. In koolstofafvangsystemen, de "rookgas"-uitlaatgassen die door een elektriciteitscentrale worden uitgestoten, kunnen door de zeolieten worden geleid, het vasthouden van de CO2 voordat het in de atmosfeer komt. theoretisch, miljoenen verschillende soorten materialen kunnen CO2 adsorberen maar om efficiënt te zijn als onderdeel van een industrieel proces, een molecuul moet aan CO2 blijven kleven en het ook op commando afgeven wanneer de kooldioxide moet worden opgevangen of gebruikt.

Echter, niet alle zeolieten zijn gelijk, Het team van Rajendran legt uit, sommige zijn veel beter dan andere in het vasthouden aan en het vrijgeven van CO2.

Het team, inclusief master's graduate Vishal Subramanian Balashankar, beoordeeld 120, 000 zeolieten en kon ze terugbrengen tot slechts 7, 000, die vervolgens met traditionele methoden konden worden gescreend tot twee dozijn goede doelen. Een van deze materialen blijkt een flinke verbetering te zijn ten opzichte van het huidige standaardmateriaal, zeoliet-13x, wat resulteert in een 17 procent efficiënter stroomverbruik.

De tweede tool, gemaakt samen met U of A-hoogleraren in de techniek Vinay Prasad en Zukui Li, en afgestudeerde studenten Kasturi Nagesh Pai en Gokul Subraveti - gebruikten bekende informatie over de koolstofvangende moleculen om gedrag en prestaties in een echt systeem te voorspellen.

Het gebruik van een machine learning-algoritme elimineert de noodzaak om de prestaties van elk molecuul te simuleren, het verminderen van de rekenbelasting met een factor 10 zonder de nauwkeurigheid te verliezen, merkte Rajendran op.

Koolstofafvangtechnologieën kunnen voorkomen dat kolen- en aardgascentrales koolstofdioxide uitstoten, maar ze kosten momenteel zo veel om te installeren en te exploiteren dat energiebedrijven aarzelen om ze te gebruiken, hij voegde toe.

"Onze rol is om deze hulpmiddelen te bieden om scheikundigen te helpen betere moleculen te vinden, en onze expertise is het ontwerpen van processen die de moleculen gebruiken om koolstof op te vangen, ' legde Rajendran uit.

Het vinden van de perfecte materialen die passen in deze goudlokje-zone is altijd een uitdaging geweest, maar de nieuwe machine learning-tools van de groep wijzen onderzoekers op levensvatbare nieuwe koolstofafvangmaterialen, besparing van maanden verloren aan doodlopende wegen of werken aan inefficiënte materialen. Ze helpen ingenieurs ook te begrijpen welk ontwerp voor koolstofafvang het meest efficiënt zou zijn.

Als adsorbentia zijn als koolstofkoelkastfilters, machine learning helpt de onderzoekers te begrijpen welke merken het meest effectief zijn in het vangen van geuren, en hoe hun integratie in de koelkast het effect kan veranderen.

Het traditionele proces van het nemen van deze beslissingen verliep traag, afhankelijk van moeizaam werk en uitgebreide computersimulaties. Elk mogelijk molecuul en elk mogelijk systeemontwerp moest individueel worden gesimuleerd, buitengewone rekenkracht vereist.

"Het punt is om snel moleculen en systemen te vinden die de kosten van het vastleggen van koolstof verminderen, om het ver onder de CO2-belasting te brengen, zodat het daadwerkelijk wordt aangenomen, ' zei Rajendran.

De technieken, onlangs gepubliceerd in ACS Duurzame Chemie &Engineering en Onderzoek naar industriële en technische chemie , kan worden aangepast om ontdekkingen over andere soorten materialen en processen in verband met klimaatverandering en industriële gasscheidingen te versnellen, inclusief methaanopwaardering en zuurstofzuivering - onderwerpen die de onderzoeksgroep momenteel bestudeert.

"We hebben hernieuwbare energiebronnen nodig, maar we zullen deze koolwaterstofsystemen nog jaren hebben, " zei hij. "Deze technologie kan de uitstoot nu stoppen, en koop ons tijd om de overgang te voltooien."