순 제로 탄소 포집 및 저장 경로는 바다로 이어질 수 있습니다.

Lehigh Engineering 연구원 Arup SenGupta는 대기에서 이산화탄소를 포집하여 바다의 “무한 흡수원”에 저장하는 새로운 방법을 개발했습니다.

이 접근 방식은 혁신적인 구리 함유 폴리머 필터를 사용하고 기본적으로 CO2를 변환합니다.₂ 바다로 무해하게 방출될 수 있는 중탄산나트륨(일명 베이킹 소다)으로 변환됩니다. 이 새로운 하이브리드 재료 또는 필터는 DeCarbonHIX(즉, 하이브리드 이온 교환 재료를 통한 탈탄소화)라고 불리며 최근 저널에 발표된 논문에 설명되어 있습니다. 과학 발전.

기존의 직접 공기 포집 방식에 비해 탄소 포집량이 300% 증가한 것을 입증한 이번 연구는 BBC, CNN, 패스트컴퍼니, 데일리비스트 등 언론사와 미국 등 전문기관의 주목을 받았다. 화학 학회. SenGupta 자신은 브라질, 아일랜드 및 중동에 기반을 둔 회사의 기술에 대한 관심을 모으고 있습니다.

“기후 위기는 국제적인 문제”라고 Lehigh의 PC Rossin 공학 및 응용 과학 대학의 화학 및 생물 분자 공학 및 토목 및 환경 공학 교수인 SenGupta는 말합니다. “그리고 우리는 직접 공기 포집 기술을 전 세계 사람과 국가에서 구현할 수 있는 방식으로 구축해야 할 책임이 있다고 생각합니다. 휴대폰을 조작할 수 있는 사람이라면 누구나 이 프로세스를 조작할 수 있어야 합니다. 돈을 버는 것, 세상을 구하는 것.”

이 작업은 인류, 특히 전 세계의 소외된 커뮤니티에 도움이 되는 기술 개발에 대한 SenGupta의 개인적이고 전문적인 노력의 또 다른 확장입니다. 물 과학 및 기술에 대한 그의 연구에는 음용수 처리 방법론, 담수화, 도시 폐수 재사용 및 자원 회수가 포함됩니다. 그는 최초의 재사용 가능한 비소 선택적 하이브리드 음이온 교환기 나노물질(HAIX-Nano)을 발명했으며, 그 결과 현재 전 세계 200만 명이 넘는 사람들이 비소에 안전한 물을 마시고 있습니다. 그의 특허 중 2개는 미국 특허청에서 “인류를 위한 특허”로 인정받았습니다.

그가 DeCarbonHIX를 발명한 것은 진행 중인 CO의 결과였습니다.₂– 미국 내무부 관할에 있는 국토해양국에서 자금을 지원하는 폐수 담수화 프로젝트. SenGupta와 그의 학생들은 안정적인 CO 공급을 찾고 있었습니다.₂ 외진 곳에서도. 그 탐구는 직접 공기 포집(DAC) 분야와 DeCarbonHIX의 탄생으로 이어졌습니다. 이 주제는 3월에 성공적으로 박사학위를 방어하고 5월에 박사학위를 받을 예정인 환경공학과 학생 Hao Chen ’23 PhD의 논문 주제였습니다.

낮은 농도에서 탄소 포획

지구 온난화에 기여하는 가장 많은 온실 가스는 이산화탄소입니다. 2021년에는 전 세계 CO2 배출량이₂ 국제 에너지 기구(International Energy Agency)에 따르면 전년 대비 6% 증가한 36.3기가톤을 기록했습니다. 1기가톤(10억 톤에 해당)은 지구상의 모든 육지 포유류의 질량과 같습니다.

기후 변화에 관한 정부간 패널(Intergovernmental Panel on Climate Change)에 따르면 온실 가스 배출로 인해 지구 온도가 산업화 이전 수준보다 약 섭씨 1.1도 상승했습니다. IPCC는 2021년 워킹 그룹 보고서에서 향후 20년 동안 연평균 기온이 최소 섭씨 1.5도 상승할 것으로 예상했습니다. 지구가 따뜻해질수록 해수면 상승, 극심한 폭풍우, 생태계 파괴 등의 측면에서 더 큰 영향을 미치며, 이 모두는 전 세계 건강, 안보 및 안정성에 영향을 미칩니다.

SenGupta는 “이 위기의 최악의 부분은 소외되고 가난한 사람들이 이 상황에 기여한 사람들보다 10배 더 많은 고통을 겪을 것이라는 것”이라고 말했습니다.

CO를 줄이는 세 가지 방법이 있습니다.₂, 그는 말한다. 첫 번째 정부 조치는 배출량을 줄일 수 있지만 이미 대기에 있는 문제를 해결하지는 못합니다.

“두 번째 방법은 이산화탄소가 엄청난 양으로 배출되는 굴뚝이나 스택과 같은 장소인 점오염원에서 이를 제거하는 것입니다.”라고 그는 말합니다. “좋은 점은 매우 높은 농도에서 제거할 수 있지만 특정 소스의 배출만 목표로 한다는 것입니다.”

최신 방법은 직접 공기 포집이라고 하며, “이를 통해 CO2를 제거할 수 있습니다.₂ 어디에서나, 심지어 당신의 뒷마당까지.”

DAC를 사용하면 화학 공정에서 CO를 제거합니다.₂ 대기에서 나온 후 일반적으로 지하에 저장됩니다. 그러나 SenGupta에 따르면 이 기술은 용량에 의해 제한됩니다. 프로세스를 실행하는 데 드는 에너지 비용을 극복할 만큼 충분한 CO2를 포집할 수 없습니다.

“공장의 굴뚝에서 이산화탄소를 포집하는 경우 CO의 양은₂ 공기 중에 100,000ppm 이상이 될 수 있습니다.”라고 그는 말합니다. “그 농도에서는 제거하기 쉽습니다. 그러나 일반적으로 공기 중 CO2 수준은 약 400ppm입니다. 이는 기후 변화의 관점에서 볼 때 매우 높지만 제거 목적을 위해 매우 희석된 것으로 간주합니다. 현재 필터 재료로는 충분히 수집할 수 없습니다.”

DAC의 또 다른 문제는 스토리지와 관련이 있습니다. CO 후₂ 포획되고, 용해되고, 압력을 받고, 액화되고, 일반적으로 지하 수 마일에 저장됩니다. 그런 다음 DAC 운영은 충분한 지질학적 저장과 안정성을 갖춘 지역에 위치해야 합니다. 예를 들어 일본과 같은 국가는 CO를 펌핑할 수 없습니다.₂ 지진에 취약한 지역이기 때문입니다.

바닷물에서 해결책을 보다

SenGupta는 캡처 문제와 스토리지 문제를 모두 극복하는 DAC 방식을 개발했습니다.

포획 문제를 위해 그는 기계적으로 강하고 화학적으로 안정한 흡착제(액체나 가스를 흡수하는 데 사용되는 물질)인 DeCarbonHIX를 개발했습니다.

“구리는 모 폴리머 재료의 고유한 특성을 변경하고 포획 용량을 300%까지 향상시킵니다.”라고 그는 말합니다. “우리는 400ppm의 CO로 공기에서 직접 공기 포집이 가능하다는 것을 보여주었습니다.₂, 우리는 용량을 달성합니다. 즉, 용량은 더 이상 공기 중 이산화탄소의 양의 함수가 아닙니다. 필터는 어떤 농도에서도 완전히 포화되므로 뒷마당, 사막 한가운데 또는 바다 한가운데서 DAC를 수행할 수 있습니다.”

바다는 실제로 스토리지 문제에 대한 SenGupta의 솔루션입니다. 그의 DAC 프로세스는 CO를 포집하기 위해 필터를 통해 공기를 불어 넣는 것으로 시작됩니다.₂. 필터가 가스 분자로 포화되면(필터로 들어가는 가스의 양과 필터에서 나오는 가스의 양을 측정하여 결정) 바닷물이 필터를 통과합니다. 바닷물은 이산화탄소를 중탄산나트륨으로 변환합니다(베이킹 소다로 알고 있을 가능성이 높지만 여기에서 용해된 용액에 대해 이야기하고 있으므로 시각적 효과를 잃습니다). 용해된 중탄산나트륨은 Sengupta가 “무한 싱크”라고 부르는 바다로 직접 방출됩니다.

SenGupta는 “그리고 그것은 바다에 전혀 악영향을 미치지 않습니다.”라고 말합니다. “염도는 전혀 변하지 않습니다.”

사실 그는 약간 알칼리성인 중탄산나트륨이 바다의 건강을 개선할 수 있다고 말합니다. CO 수치가 높기 때문입니다.₂ 대기 중 해양의 pH가 점차 감소하여 산성화를 일으킵니다. 더 많은 산성 물은 산호와 플랑크톤과 같은 해양 생물의 성장과 번식에 해를 끼치고 먹이 사슬에서 치명적인 붕괴를 일으킬 수 있습니다.

“중탄산나트륨은 pH 저하를 역전시킬 수 있습니다.”라고 그는 말합니다.

그는 기존 DAC 공정과 마찬가지로 DeCarbonHIX도 뜨거운 물이나 증기 및 순수한 CO로 탈착될 수 있다는 점에 주목할 가치가 있다고 말했습니다.₂ 복구, 압축 및 지하 지질 저장소에 저장할 수 있습니다.

“실제로 이 새로운 필터 재료는 탈착 및 격리의 이중 모드를 제공합니다.”

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2023/03/230331131514.htm