211service.com
Koolstofafvang met nanobuisjes
Membranen gemaakt met koolstofnanobuisjes kunnen de hoeveelheid energie die nodig is om de kooldioxide-emissies van schoorstenen op te vangen verminderen, en daardoor de kosten verlagen, volgens een bedrijf dat $ 1 miljoen zal ontvangen van het nieuwe geavanceerde onderzoeksprojectenbureau voor energie, Arpa-e, om de technologie te ontwikkelen.
Het bedrijf, gevestigd in Hayward, CA Porifera , beweert dat zijn koolstof-nanobuismembranen een miljard tot drie miljard ton koolstofdioxide per jaar kunnen opvangen en $ 10 miljard per jaar kunnen besparen in vergelijking met de bestaande CO2-afvangtechnologie. Op dit moment bevindt het werk zich echter in een vroeg stadium, zegt Olgica Bakajin, Chief Technology Officer van Porifera. Ze verwacht dat het nog een jaar duurt voordat het eerste prototype klaar is.
Het bedrijf hoopt gebruik te maken van enkele bijzondere eigenschappen van nanobuisjes om koolstofdioxide op te vangen. Membranen voor het afvangen van CO2 uit schoorstenen moeten twee kenmerken hebben. Ze moeten selectief zijn, zodat kooldioxide er doorheen kan en niet de andere uitlaatgassen. Hierdoor ontstaat een geconcentreerde stroom kooldioxide die vervolgens kan worden gecomprimeerd en opgeslagen. De membranen moeten ook zeer permeabel zijn, zodat CO2 vrij kan passeren om de energie die nodig is om het te pompen te minimaliseren.
Voor deze tweede eigenschap zijn vooral koolstof nanobuismembranen geschikt. Gassen kunnen extreem snel door het binnenste van nanobuisjes bewegen - met snelheden die 100 keer zo snel zijn als door conventionele membraanmaterialen, volgens experimenten die Bakajin leidde in het Lawrence Livermore National Laboratory. Die resultaten werden in 2006 gepubliceerd in het tijdschrift Science. Als gevolg daarvan zouden membranen op basis van nanobuisjes veel minder energie nodig hebben dan conventionele membranen.
De uitdaging met membranen van koolstofnanobuisjes is het selectief transporteren van koolstofdioxide en niet de andere gassen in een schoorsteen. Dit is bijzonder moeilijk omdat stikstof, het hoofdbestanddeel van rookgas, veel eigenschappen heeft die erg op CO2 lijken, zegt Karl Johnson , hoogleraar chemische en petroleumtechnologie aan de Universiteit van Pittsburgh. Een benadering voor het selecteren van koolstofdioxide is om verbindingen aan de uiteinden van de koolstofnanobuizen te binden die chemisch koolstofdioxide aantrekken, maar geen andere gassen. Het aantrekken van de CO2 zou leiden tot hoge concentraties ervan in de buurt van het membraan, waardoor de hoeveelheid koolstofdioxide die wordt getransporteerd ten opzichte van de stikstof en andere rookgassen toeneemt. Het bevestigen van deze verbindingen is bijzonder eenvoudig omdat de uiteinden van nanobuisjes open locaties hebben voor binding met dergelijke moleculen, zegt Bakajin.
Bakajin zegt dat dit is geprobeerd met meer conventionele membraanmaterialen, maar het toevoegen van verbindingen voor het aantrekken van koolstofdioxide vermindert de permeabiliteit van deze membranen tot het punt dat ze niet langer praktisch zijn. De buitengewoon hoge permeabiliteit van koolstofnanobuisjes zou bij dit probleem kunnen helpen. We hebben veel permeabiliteit te verliezen, zegt ze. Als de doorlaatbaarheid net zoveel daalt als bij andere membraanmaterialen, zitten we nog steeds goed.
Ze zegt dat het bedrijf verschillende veelbelovende kandidaten heeft geïdentificeerd voor het aanpassen van de nanobuisjes, maar zegt dat de details eigendom zijn. Naast het selecteren van een van deze, zegt ze, is het bedrijf ook bezig met het uitwerken van de beste manier om de koolstof nanobuismembranen te vervaardigen, inclusief het beslissen welk materiaal te gebruiken om de nanobuisjes aan elkaar te binden en als ondersteunend materiaal te dienen. Sommige hebben voordelen bij de fabricage, sommige zijn structureel beter, sommige zijn beter bestand tegen ruwe omgevingen, zegt ze. Hoe meer we het doen, hoe meer we nieuwe dingen bedenken om te proberen.
Bruce Hinds , een professor in de chemie aan de Universiteit van Kentucky die ook de hoge permeabiliteit van nanobuismembranen heeft aangetoond, is er niet van overtuigd dat koolstofafvang de beste toepassing is voor deze membranen, deels vanwege de uitdaging om koolstof nanobuismembranen selectief te maken voor koolstof dioxide. Hij begint met farmaceutische toepassingen, zoals het gebruik van de membranen om medicijnen af te leveren of om chemicaliën te scheiden tijdens de productie van medicijnen. Deze vereisen geen grootschalige productie, wat goed is, aangezien grootschalige productie van de membranen nog niet is aangetoond. De medicijntoepassingen vragen ook hogere prijzen, waardoor duurdere materialen mogelijk zijn.
Porifera streeft ook naar andere mogelijke toepassingen. het onlangs bekend gemaakt financiering van DARPA, het onderzoeks- en ontwikkelingsbureau van het Amerikaanse ministerie van Defensie, voor de productie van draagbare ontziltingssystemen voor soldaten. Koolstofnanobuisjes kunnen vloeistoffen 1000 keer zo snel transporteren als conventionele membranen. Naast energiebesparing maakt zo'n snel transport het mogelijk om veel kleinere membranen te gebruiken, die beter geschikt zijn voor draagbare apparaten.