science >> Wetenschap >  >> Elektronica

Professor modelleert systeem met met baking soda gevulde capsules om CO2-uitstoot op te vangen

Afbeelding van microcapsules die koolstofdioxide kunnen opvangen uit de uitlaatgassen van elektriciteitscentrales. Krediet:John Vericella van het Lawrence Livermore National Laboratory

Hoewel het gebruik van hernieuwbare energie toeneemt, steenkool en aardgas vertegenwoordigen nog steeds het grootste deel van de energievoorziening van de Verenigde Staten. Zelfs met vervuilingscontroles, bij het verbranden van deze fossiele brandstoffen voor energie komt een enorme hoeveelheid koolstofdioxide vrij in de atmosfeer - alleen al in de VS, kolen en aardgas droegen bij 1, 713 miljoen ton CO 2 , of 98 procent van alle CO 2 emissies van de elektriciteitssector in 2017.1 Om deze effecten te mitigeren, onderzoekers zijn op zoek naar betaalbare manieren om koolstofdioxide op te vangen uit de uitlaatgassen van elektriciteitscentrales.

Onderzoek geleid door de Universiteit van Pittsburgh en het Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) maakt gebruik van microcapsuletechnologie die het afvangen van koolstof na de verbranding goedkoper kan maken, veiliger, en efficiënter.

"Onze aanpak is heel anders dan de traditionele methode om koolstofdioxide af te vangen in een elektriciteitscentrale, " zei Katherine Hornbostel, assistent-professor werktuigbouwkunde aan Pitt's Swanson School of Engineering. "In plaats van een chemisch oplosmiddel door een toren te laten stromen (zoals water door een waterval), we stoppen het oplosmiddel in kleine microcapsules."

Vergelijkbaar met het bevatten van vloeibare medicijnen in een pil, micro-inkapseling is een proces waarbij vloeistoffen worden omgeven door een vaste coating.

"In ons voorgestelde ontwerp van een koolstofafvangreactor, we verpakken een aantal microcapsules in een container en laten het uitlaatgas van de energiecentrale daar doorheen stromen, " zei Hornbostel. "De warmte die nodig is voor conventionele reactoren is hoog, wat zich vertaalt in hogere bedrijfskosten van de fabriek. Ons ontwerp zal een kleinere structuur zijn en minder elektriciteit nodig hebben om te werken, daardoor de kosten verlagen."

Conventionele ontwerpen gebruiken ook een hard amine-oplosmiddel dat duur is en gevaarlijk kan zijn voor het milieu. Het microcapsule-ontwerp gemaakt door Hornbostel en haar medewerkers bij LLNL maakt gebruik van een oplossing die is gemaakt van een gewoon huishoudelijk artikel.

"We gebruiken zuiveringszout opgelost in water als oplosmiddel, "zei Hornbostel. "Het is goedkoper, beter voor het milieu, en overvloediger dan conventionele oplosmiddelen. Kosten en overvloed zijn kritische factoren als je het hebt over 20 of meer meter brede reactoren die zijn geïnstalleerd in honderden energiecentrales."

Hornbostel legde uit dat de kleine afmeting van de microcapsule het oplosmiddel een groot oppervlak geeft voor een bepaald volume. Dit hoge oppervlak zorgt ervoor dat het oplosmiddel kooldioxide sneller opneemt, wat betekent dat langzamer absorberende oplosmiddelen kunnen worden gebruikt. "Dit is goed nieuws, " zegt Hoornbostel, "omdat het goedkopere oplosmiddelen zoals zuiveringszout een goede kans geeft om te concurreren met duurdere en bijtende oplosmiddelen."

"Onze voorgestelde microcapsuletechnologie en -ontwerp zijn veelbelovend voor het afvangen van koolstof na de verbranding omdat ze helpen om langzaam reagerende oplosmiddelen efficiënter te maken, "zei Hornbostel. "Wij zijn van mening dat de lagere kosten voor oplosmiddelen in combinatie met een kleinere structuur en lagere bedrijfskosten steenkool- en aardgascentrales kunnen helpen hun winst op lange termijn te behouden zonder het milieu te schaden."

Hornbostel heeft haar model gedetailleerd beschreven in een recent artikel in Toegepaste energie , "Verpakte en gefluïdiseerde bedabsorbermodellering voor koolstofafvang met micro-ingekapselde natriumcarbonaatoplossing" (DOI:10.1016/j.apenergy.2018.11.027).