Новая технология поможет эффективнее улавливать CO2

В борьбе с глобальным потеплением до полной победы далеко, но каждое усилие ученых если и не приближает к ней, то дает новую надежду.

Стало известно, что ученые разработали новую мембранную технологию, которая позволяет эффективнее удалять диоксид углерода (CO2) из смешанных газов, например, из выбросов электростанций.

Чтобы продемонстрировать возможности новых мембран, мы использовали смеси азота и CO2, которые особенно актуальны в контексте сокращения выбросов парниковых газов на электростанциях,

— сообщил соавтор статьи Рич Спонтак.

— И мы показали, что действительно можем существенно улучшить эффективность мембран для удаления CO2 при сохранении относительно высокой проницаемости.

Также ученые рассмотрели смеси CO2 и метана, что важно для газовой промышленности. А еще эти мембраны для фильтрации CO2 можно использовать в абсолютно любой ситуации, когда нужно удалить CO2 из смешанных газов, будь то биомедицина или удаление CO2 из воздуха на подводной лодке.

Мембраны настолько хороши, потому что не занимают много места, их можно изготовить в любом размере и легко менять.

Например, есть альтернативная технология — химическая абсорбция, которая включает продувку смешанных газов через колонну, содержащую жидкий амин, выводящий CO2 из газовой смеси. Однако установки для абсорбции занимают много места, а жидкие амины, как правило, токсичны и коррозийны.

Как работают мембранные фильтры

Мембраны позволяют CO2 проходить через мембрану быстрее, нежели другим компонентам смешанных газов. В итоге газ, выходящий с другой стороны мембраны, содержит больше CO2, чем то, что в нее входит.

Давней проблемой подобных мембран был компромисс между проницаемостью и селективностью. Чем выше проницаемость, тем быстрее газ проходит через мембраны. Однако когда проницаемость увеличивается, то снижается селективность, а это значит, что и другие компоненты, например, азот, тоже проходят через мембрану, и смесь на выходе содержит уже меньшую пропорцию CO2.

Ученые из США и Норвегии решили эту проблему путем выращивания прямо на поверхности мембран химически активных полимерных цепей, которые одновременно гидрофильны и CO2-фильны. Это позволяет повысить селективность CO2 и лишь незначительно сократить проницаемость.

При довольно несущественном изменении проницаемости мы смогли повысить селективность в 150 раз!

— заметил соавтор Мариус Сандру из независимой исследовательской организации SINTEF Industry в Норвегии.

— Так мы улавливаем гораздо больше CO2 по сравнению с другими составляющими газовых смесей.

Еще одна существенная проблема, связанная с мембранными фильтрами — их стоимость. Чем эффективнее технология, тем выше ее цена.

Наша задача — изготовить коммерчески жизнеспособную технологию, и потому мы начали работать с уже существующими и достаточно популярными мембранами,

— сообщил Спонтак.

— Затем мы модифицировали поверхность этих мембран, чтобы повысить селективность.

И хотя стоимость от этого выросла, мы полагаем, что новая разработка все равно будет экономически эффективной.

Далее ученые намерены выяснить, можно ли использовать новую методику в работе с другими полимерами, чтобы получить сопоставимые или даже превосходящие результаты.

Также исследователи планируют изучить другие области применения открытия, например, получится ли использовать новую мембранную технологию в биомедицине или аквакультуре.

Результаты опубликованы в издании Science.

02.04.2022