파괴적 기술은 모든 배출 유형에 걸쳐 탄소 포집 비용을 낮출 수 있습니다.

Rice University 엔지니어들이 개발한 새로운 기술은 모든 유형의 배출물에서 이산화탄소를 포집하는 비용을 낮출 수 있으며, 진화하는 온실 가스 표준에 적응하려는 산업과 새로운 에너지 전환 경제에 대한 잠재적인 게임 체인저입니다.

에 발표된 연구에 따르면 자연, 화학 및 생체 분자 공학자 Haotian Wang 연구실의 시스템은 전기를 사용하여 물 및 산소 기반 전기 화학 반응을 유도함으로써 연도 가스에서 대기에 이르는 소스에서 이산화탄소를 직접 제거할 수 있습니다. 이 기술적 위업은 비주류 산업(전 세계적으로 현재 가동 중인 공장은 18개뿐임)에서 직접 공기 포집을 기후 변화 완화를 위한 유망한 전선으로 전환할 수 있습니다.

대부분의 탄소 포집 시스템은 2단계 프로세스를 포함합니다. 첫째, 연도 가스와 같은 혼합 가스 스트림에서 산성인 이산화탄소를 분리하는 데 높은 pH 액체가 사용됩니다. 다음으로 가열하거나 낮은 pH의 액체를 주입하여 용액에서 이산화탄소를 재생합니다.

“일단 이산화탄소가 이러한 용매에 갇히면 재생해야 합니다.”라고 Wang은 말했습니다.

“전통적인 아민 세정 방법은 섭씨 100~200도(화씨 212~392도)의 온도가 필요합니다. 탄산칼슘 기반 공정의 경우 섭씨 900도(화씨 1652도)만큼 높은 온도가 필요합니다.

“말 그대로 우리 공정에서 생산되거나 소비되는 화학 물질이 없습니다. 또한 장치를 가열하거나 가압할 필요가 없으며 전원 콘센트에 연결하기만 하면 작동합니다.”

현재 탄소 포집 기술의 또 다른 단점은 대규모 중앙 집중식 인프라에 대한 의존도입니다. 대조적으로, Wang 연구실에서 개발된 시스템은 다양한 시나리오에 적용할 수 있는 확장 가능한 모듈식 사용 지점 개념입니다.

“이 기술은 발전소, 화학 플랜트와 같은 산업 환경으로 확장될 수 있지만 소규모 사용도 가능하다는 것이 장점입니다. 사무실에서도 사용할 수 있습니다.”라고 Wang은 말했습니다. “예를 들어, 우리는 대기에서 이산화탄소를 끌어내어 농축된 가스를 온실에 지속적으로 주입하여 식물 성장을 촉진할 수 있습니다. 우리는 우주 비행사가 내뿜는 이산화탄소를 제거하기 위해 우주 정거장에서 이 장치를 사용하는 데 관심이 있는 우주 기술 회사로부터 소식을 들었습니다. .”

Wang과 그의 팀이 개발한 반응기는 상대적으로 낮은 전기 입력을 사용하여 98% 이상의 효율로 모의 연도 가스에서 이산화탄소를 지속적으로 제거할 수 있습니다.

“50와트 전구에 한 시간 동안 전력을 공급하는 데 사용되는 전기는 10~25리터의 고순도 이산화탄소를 생성할 것입니다.

Wang은 이 공정이 태양열이나 풍력과 같은 재생 가능한 자원으로부터 전기를 공급받을 경우 “탄소 발자국이 없거나 매우 제한적”이라고 언급했습니다.

Wang은 “재생 전기가 점점 더 비용 효율적이 되고 있다는 점을 고려하면 이것은 희소식”이라고 말했습니다.

반응기는 산소 환원을 수행하도록 설정된 음극, 산소 발생 반응을 수행하는 양극 및 효율적인 이온 전도를 허용하는 소형이지만 다공성인 고체 전해질 층으로 구성됩니다. 이전 버전의 반응기는 이산화탄소를 순수한 액체 연료로 환원시키고 산소를 순수한 과산화수소 용액으로 환원시키는 데 사용되었습니다.

“이전에는 우리 그룹이 주로 이산화탄소 활용에 중점을 두었습니다.”라고 Zhu는 말했습니다. “우리는 아세트산, 포름산 등과 같은 순수한 액체 제품을 생산하기 위해 노력했습니다.”

Wang에 따르면, Zhu는 연구 과정에서 기체 기포가 액체와 함께 반응기 중간 챔버 밖으로 흘러나오는 것을 관찰했습니다.

Wang은 “처음에 우리는 이 현상에 많은 관심을 기울이지 않았습니다.”라고 말했습니다. “그러나 Peng은 우리가 더 많은 전류를 적용하면 더 많은 기포가 발생한다는 것을 관찰했습니다. 그것은 직접적인 상관 관계이며 무작위가 아닌 일이 발생하고 있음을 의미합니다.”

연구원들은 반응기의 음극 측에서 환원 반응 중에 생성된 알칼리 계면이 이산화탄소 분자와 상호 작용하여 탄산 이온을 형성한다는 것을 깨달았습니다. 탄산염 이온은 반응기의 고체 전해질 층으로 이동하여 양극 측에서 물 산화로 인한 양성자와 결합하여 고순도 이산화탄소의 연속 흐름을 형성합니다.

“우리는 이전 연구에서 이 현상을 무작위로 발견했습니다.”라고 Wang은 말했습니다. “그런 다음 우리는 이 새로운 프로젝트와 새로운 응용 분야를 위해 기술을 조정하고 최적화했습니다. 우리는 이러한 유형의 전기화학 장치에 대해 수년간 지속적인 작업을 해왔습니다.

“과학적 발견은 종종 이 환자, 지속적인 관찰, 실제로 무슨 일이 일어나고 있는지 알기 위한 호기심, 실험 프레임에 반드시 맞지 않는 현상을 무시하지 않는 선택을 필요로 합니다.”

Wang은 William Marsh Rice 이사장이자 화학 및 생체 분자 공학, 재료 과학 및 나노 공학, 화학 조교수이며 최근 7월 1일부로 종신 부교수로 승진했습니다.

National Science Foundation(2029442), Robert A. Welch Foundation(C-2051-20200401), David and Lucile Packard Foundation(2020-71371)이 연구를 지원했습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2023/06/230628130336.htm