Sıvı mermerler: Bu küçük, gelişen teknoloji, karbon yakalama ve depolama sorunlarını nasıl çözebilir?

İç kısmının yörüngesini belirten çizgileri olan sıvı bir mermer akış

CCS genellikle emisyonların kaynakta yakalandığı durumdur örneğin kömürle çalışan bir elektrik santralinden uzak bir yere kamyonla taşınıp yer altında depolanıyor.

Ancak eleştirmenler, karbon yakalama ve depolamaya (CCS) yatırım yapmanın, henüz geniş ölçekte çalıştığı kanıtlanmamış bir teknolojiye yatırım yapmak anlamına geldiğini söylüyor. Gerçekten de teknoloji açısından hem katı hem de sıvı karbon yakalayan etkili malzemelerin tasarımı tarihsel olarak zorlu bir görev olmuştur.

Peki bu, fosil yakıt endüstrisinin karbondioksit emisyonlarına karşı uygulanabilir bir çözüm olabilir mi?

Gelişmekte olanyurtdışı araştırması nanopartiküllerle kaplanmış küçük damlacıklar olan "sıvı mermerlerin" karbonu yakalamak için kullanılan malzemelerdeki mevcut zorluklara muhtemelen çözüm olabileceğini gösteriyor. Dün yayınlanan modelleme araştırmamız, bizi bu fütüristik teknolojiyi gerçeğe dönüştürmeye büyük bir adım daha yaklaştırıyor .

Karbon yakalamayla ilgili sorunlar

Teknoloji Yatırım Yol Haritası Altında, Morrison hükümeti CCS'yi öncelikli düşük emisyon teknolojisi olarak görüyor , ve geliştirmek için on yılda 300 milyon A$ yatırım yapıyor

Ancak CCS'nin etkinliği ve verimliliğiuzun zamandır yüksek işletme maliyetleri ve daha geniş bir uygulama için ölçek büyütme sorunları nedeniyle tartışmalı.

Daha spesifik olarak devam eden bir sorun, emiciler gibi CO₂'yi yakalamak için kullanılan malzemelerin etkinliğidir. Bunun bir örneği, 1930'dan beri örneğin CO₂'yi ayırmak için kullanılan bir yöntem olan "amin temizleme" olarak adlandırılır. doğal gaz ve hidrojenden.

Amin temizlemeyle ilgili sorunlar arasında yüksek maliyetler, korozyonla ilgili sorunlar vemalzeme ve enerjide yüksek kayıplar. Sıvı bilyeler bu zorlukların bazılarının üstesinden gelebilir.

Bu teknoloji, bazı mermerlerin çapı 1 milimetrenin altında olduğundan çıplak gözle neredeyse görünmez olabilir. İçerdiği sıvı (çoğunlukla su veya alkol) mikrolitre ölçeğindedir (bir mikrolitre, mililitrenin binde biridir).

Mermerlerin, içindeki sıvının dışarı sızmasını önleyen, esnek ve gözenekli bir kabuk oluşturan nanopartiküllerden oluşan bir dış katmanı vardır. Bu zırh sayesinde sıvı çekirdekli, esnek, gerilebilir ve yumuşak katılar gibi davranabilirler.

Bilyelerin CCS ile ne ilgisi var?<

Sıvı bilyelerin birçok benzersiz yeteneği vardır: yüzebilirler, düzgün bir şekilde yuvarlanabilirler ve üst üste istiflenebilirler .

Kirlenmeye karşı dayanıklılık, düşük sürtünme ve esnek manipülasyon gibi diğer arzu edilen özellikler, onları gaz yakalama, gaz yakalama gibi uygulamalar için çekici kılmaktadır. ilaç dağıtımı ve hatta minyatür biyo-reaktörler olarak.

CO₂ yakalama bağlamında gazlar, sıvılar ve katılarla seçici olarak etkileşime girebilme yetenekleri çok önemlidir. Sıvı mermer kullanmanın en önemli avantajı boyutları ve şeklidir, çünkü yalnızca milimetre boyutunda binlerce küresel parçacık doğrudan büyük reaktörlere yerleştirilebilir.

Reaktörden gelen gaz mermerlere çarparak nanopartikülün dış kabuğuna (bir"adsorpsiyon" adı verilen süreç). Gaz daha sonra içerideki sıvıyla reaksiyona girerek CO₂'yi ayırıyor ve mermerin içinde tutuyor. Daha sonra bu CO₂'yi çıkarıp yer altında depolayabilir ve daha sonra sıvıyı gelecekte işlenmek üzere geri dönüştürebiliriz.

Bu işlem, örneğin sıvı (ve potansiyel olarak katı) geri dönüşümünün yanı sıra mermerlerin yüksek mekanik mukavemeti, reaktivitesi, soğurma oranları ve uzun vadeli stabilitesi de göz önünde bulundurulmalıdır.

Peki bizi durduran ne?

Son zamanlardaki ilerlemelere rağmen, sıvı mermerlerin pek çok özelliği anlaşılması zor olmaya devam ediyor. Üstelik sıvı mermerleri test etmenin tek yolu şu anda laboratuvarda yürütülen fiziksel deneylerdir.

Fiziksel deneylerin, yüzey geriliminin ve yüzey alanının önemli göstergeleri olan yüzey gerilimini ve yüzey alanını ölçmenin zorluğu gibi sınırlamaları vardır. mermerin reaktivitesi ve stabilitesi.

Bu bağlamda, yenihesaplamalı modellememizbilgisayarlı modellememiz span> bu özelliklere ilişkin anlayışımızı geliştirebilir ve maliyetli ve zaman alıcı, yalnızca deneme amaçlı prosedürlerin kullanımının üstesinden gelmeye yardımcı olabilir.

Bir diğer zorluk ise reaktör içindeki sıvı mermer dizilerini manipüle etmek için pratik, titiz ve büyük ölçekli yaklaşımlar geliştirmektir. Şu anda üzerinde çalıştığımız daha ileri hesaplamalı modelleme, sıvı mermerlerin şekil ve dinamiklerindeki üç boyutlu değişiklikleri daha kolay ve doğru bir şekilde analiz etmeyi amaçlayacak.

Bu, CO₂ yakalama da dahil olmak üzere sayısız mühendislik uygulaması için yeni ufuklar açacak.

Karbon yakalamanın ötesinde

Sıvı mermerler üzerine yapılan araştırmalar yaklaşık 20 yıl önce sadece merak uyandıran bir konu olarak başladı ve o zamandan bu yana devam eden araştırmalar bu noktaya ulaştı. Karbon yakalamanın ötesinde uygulamalara sahip, aranan bir platform.

Bu ileri teknoloji, yalnızca iklim sorunlarını çözmekle kalmayıp, aynı zamanda çevresel ve tıbbi sorunları da çözme şeklimizi değiştirebilir.