Жидкие шарики: как эта крошечная новая технология может решить проблемы улавливания и хранения углерода

Жидкий шарик с линиями, обозначающими траекторию его внутреннего поток

CCS обычно используется, когда выбросы улавливаются в источнике. , например, с угольной электростанции, доставленной грузовиком в отдаленное место и хранящейся под землей.

Однако критики говорят, что инвестиции в улавливание и хранение углерода (CCS) означают ставку на технологию, эффективность которой в больших масштабах еще не доказана. Действительно, с технологической точки зрения разработка эффективных материалов, улавливающих углерод, как твердых, так и жидких, исторически была сложной задачей.

Так может ли это когда-нибудь стать жизнеспособным решением проблемы выбросов углекислого газа в отрасли ископаемого топлива?

Новые зарубежные исследования показывает, что «жидкие шарики» — крошечные капли, покрытые наночастицами — возможно, могут решить текущие проблемы в материалах, используемых для улавливания углерода. И наше исследование в области моделирования, опубликованное вчера, приближает нас на большой шаг к воплощению этой футуристической технологии в реальность. .

Проблемы с улавливанием углерода

В соответствии с дорожной картой инвестиций в технологии правительство Моррисона считает CCS приоритетной технологией с низким уровнем выбросов, и инвестирует 300 миллионов австралийских долларов в течение десяти лет в его разработку.

Однако эффективность и результативность CCS давно известны спорный из-за высоких эксплуатационных затрат и проблем с масштабированием для более широкого применения.

Постоянной проблемой, в частности, является эффективность материалов, используемых для улавливания CO₂, таких как абсорбенты. Один из примеров называется «аминная очистка. Этот метод используется с 1930 года для отделения, например, CO₂. из природного газа и водорода.

Проблемы аминной очистки включают ее высокую стоимость, проблемы, связанные с коррозией, и высокие потери материалов и энергии. Жидкие шарики могут решить некоторые из этих проблем.

Эта технология может быть почти невидима невооруженным глазом, поскольку некоторые шарики имеют диаметр менее 1 миллиметра. Жидкость, которую он содержит – чаще всего вода или спирт – измеряется микролитрами (микролитр — это одна тысячная миллилитра).

Мрамор имеет внешний слой из наночастиц, которые образуют гибкую и пористую оболочку, предотвращающую вытекание жидкости внутри. Благодаря этой броне они могут вести себя как гибкие, растягивающиеся и мягкие твердые тела с жидким ядром.

Какое отношение шарики имеют к CCS?< /п>

Жидкие шарики обладают множеством уникальных свойств: они могут плавать, плавно катиться и их можно складывать друг на друга. .

Другие желательные свойства включают устойчивость к загрязнениям, низкое трение и гибкость в обращении, что делает их привлекательными для таких применений, как улавливание газов, доставки лекарств и даже в виде миниатюрных биореакторов.

В контексте улавливания CO₂ наиболее важна их способность избирательно взаимодействовать с газами, жидкостями и твердыми телами. Ключевым преимуществом использования жидких шариков является их размер и форма, поскольку тысячи сферических частиц размером всего в миллиметры могут быть непосредственно установлены в больших реакторах.

Газ из реактора попадает на шарики, где он прилипает к внешней оболочке наночастицы (впроцесс, называемый «адсорбцией»). Затем газ вступает в реакцию с жидкостью внутри, отделяя CO₂ и захватывая его внутри мрамора. Позже мы сможем извлечь этот CO₂ и хранить его под землей, а затем перерабатывать жидкость для дальнейшей переработки.

Этот процесс может оказаться более быстрым и экономичным способом улавливания CO₂, например, благодаря жидкому (и потенциально твердый) переработка, а также высокая механическая прочность, реакционная способность, скорость сорбции и долговременная стабильность мрамора.

Так что же нас останавливает?

Несмотря на недавний прогресс, многие свойства жидкого мрамора остаются неуловимыми. Более того, единственный способ проверить жидкие шарики в настоящее время — это физические эксперименты, проводимые в лаборатории.

Физические эксперименты имеют свои ограничения, такие как сложность измерения поверхностного натяжения и площади поверхности, которые являются важными показателями реакционная способность и стабильность мрамора.

В этом контексте наше новое вычислительное моделирование может улучшить наше понимание этих свойств и помочь избежать использования дорогостоящих и трудоемких процедур, требующих только экспериментов.

Еще одной задачей является разработка практических, строгих и крупномасштабных подходов к манипулированию массивами жидкого мрамора внутри реактора. Дальнейшее компьютерное моделирование, над которым мы сейчас работаем, будет направлено на анализ трехмерных изменений формы и динамики жидких шариков с большим удобством и точностью.

Это откроет новые горизонты для множества инженерных приложений, включая улавливание CO₂.

Не только улавливание углерода

Исследование жидких шариков началось около 20 лет назад как просто любопытная тема, и с тех пор продолжающиеся исследования привели к успеху. востребованная платформа с приложениями, выходящими за рамки улавливания углерода.

Эта передовая технология может не только изменить способы решения климатических проблем, но также экологические и медицинские проблемы.

Например, магнитные жидкие шарики продемонстрировали свой потенциал в биомедицинские процедуры, такие как доставка лекарств, из-за их способности открываться и закрываться с помощью магнитов вне тела. Другие области применения жидких шариков включают определение газа, кислотности и обнаружение загрязнений.

При большем количестве моделирования и экспериментов следующим логическим шагом станет масштабирование этой технологии для массового использования.

Разговор, 8 декабря

Авторы