내부 가열 및 주변 바람으로 직접 공기 포집을 더 저렴하고 효율적으로 만들 수 있습니다.

은행 드라이브 스루에 수표를 입금하는 단순한 심부름으로 시작한 것이 책과 영화에서 주로 볼 수 있는 일종의 “아하” 순간이 되었습니다.

Georgia Tech 연구원들은 전통적인 DAC(직접 공기 포획) 시스템을 단순화하기 위한 아이디어를 연구해 왔습니다. 그들의 접근 방식은 주변 바람 흐름을 사용하여 새로운 종류의 코팅된 탄소 섬유를 통해 공기를 끌어와 CO를 포집했습니다.₂. 그것은 많은 시스템에서 사용되는 시끄러운 팬을 제거할 것입니다. 그리고 탄소 섬유 가닥을 빠르게 가열하여 최소한의 열 손실로 포집된 이산화탄소를 방출하여 효율성을 높일 수 있습니다.

그러나 그들은 효과를 극대화하기 위해 이 새로운 흡착제 코팅 탄소 섬유를 배치하는 방법에 대해 고심하고 있었습니다.

“나는 은행에 수표를 입금해야했고 드라이브 스루를 통과했습니다. 그들은 문서를 운반하기 위해 내려 오는 오래된 공압 튜브를 가지고있었습니다. “라고 조지아 공대 화학 학교의 Thomas C. DeLoach 교수 인 Ryan Lively는 말했습니다. 및 생체 분자 공학(ChBE). “경력을 쌓는 동안 번뜩이는 순간이 많지는 않지만 튜브를 보고 은행 창구 튜브 캐니스터와 같은 곳에 섬유를 넣을 수 있다는 것을 깨달았습니다.

“그게 우리가 한 일과 거의 같았고 효과가 있었습니다.”

공압 튜브에서 영감을 받은 모듈을 배치한 후 팀은 시스템 테스트를 시작했습니다. 그들은 지하 격리를 위해 충분한 순도의 이산화탄소를 생산할 수 있고 일반적인 DAC 시스템을 구축하는 데 드는 상당한 선행 비용을 많이 제거할 수 있음을 발견했습니다. 그들은 저널 6월 21일자에 디자인과 접근 방식을 설명했습니다. 줄.

“이 작업은 차세대 DAC 시스템을 개념화했을 뿐만 아니라 우리 발명의 실제 작동을 어느 정도 보여주었습니다. “우리는 이미 주변 CO를 성공적으로 포착했습니다.₂ 실험실 규모의 모듈을 사용합니다. 이제 모듈을 확장하는 것이 중요합니다. 우리 시스템의 모든 구성 요소는 상업적으로 이용 가능하고 제작이 상대적으로 쉽기 때문에 모듈을 대규모로 만드는 데 기술적 장애물이 거의 없을 것입니다.”

적어도 이론적으로 팀은 실제 시스템의 경제성을 예상하기 위해 실험 데이터를 사용하여 확장을 수행했습니다. 그들은 시스템이 CO를 포획할 수 있음을 발견했습니다.₂ 톤당 150~200달러로 탄소 포집을 톤당 300~600달러로 추정되는 건설 중인 상업용 시스템보다 훨씬 적습니다.

더 간단한 접근 방식

이 연구의 공동 저자는 조지아 공대를 직접 공기 포집 기술의 리더로 자리매김한 ChBE의 연구원을 포함합니다. 크리스토퍼 존스(Christopher Jones) 교수와 매튜 리얼프(Matthew Realff) 교수는 분자 수준에서 시스템 수준까지 DAC의 전체 스펙트럼에 대해 Lively와 협력하고 있습니다.

이 작업은 두 가지 주요 발전을 제시합니다.

DAC 시스템은 열을 사용하여 CO를 방출합니다.₂ 포화 필터 재료에서. CO2는 수집된 다음 지하로 펌핑되거나 연료 또는 화학 물질을 만드는 데 사용될 수 있습니다. 일반적으로 시스템은 외부 열원을 사용합니다. 증기는 빠르고 강력하기 때문에 인기 있는 선택이지만 손상도 있고 추가 응축 단계가 필요합니다. 이러한 시스템은 또한 모든 열이 빠져나가는 것을 방지하기 위해 절연이 필요하므로 부피가 크고 비용이 많이 듭니다.

Lively와 팀은 탄소를 좋아하는 흡착제로 코팅된 독특한 탄소 섬유 가닥을 만들었습니다. 탄소 섬유 코어는 내부에서 외부로 가열되어 빠르고 균일한 열 분배가 이루어집니다.

“섬유는 매우 매우 균일합니다. 이 모든 것을 전기 시스템에 연결하면 에너지를 현저하게 균질하게 분배하는데, 이는 저항 가열 시스템에서는 드문 일입니다.”라고 Lively는 말했습니다. “탄소 포집 장치를 재생하기 위해 저항 가열을 처음으로 생각한 것은 아닙니다. 그러나 일반적으로 가열은 느리거나 균일하지 않았습니다. 시도하는 것 대신 공기를 가열하는 곳이 있습니다. 가열하다.”

연구원의 시스템은 전반적으로 더 적은 구성 요소를 사용합니다. 이 디자인은 CO2를 포집하기 위해 원 안에 탄소 섬유 가닥이 있는 은행 튜브에서 영감을 받은 일련의 모듈을 배치합니다.₂ 바람이 어떤 방향으로 불어도. 시스템은 재생 단계 동안 모듈에서 모듈로 회전하는 단일 진공 펌프를 사용합니다. 그리고 CO를 방출하기 위해 증기 발생기, 펌프 및 응축기가 필요하지 않습니다.₂ 가닥을 “재충전”합니다. 이러한 두 가지 변경 사항은 시스템이 전반적으로 더 간단하고 구축 및 배포 비용이 저렴하다는 것을 의미합니다.

Realff는 “이 시스템의 자본 비용은 증기 발생과 같은 보조 시스템의 부족을 기반으로 하는 현재의 많은 DAC 시스템보다 훨씬 낮습니다.”라고 말했습니다. “에너지 비용은 여전히 ​​문제이며 CO의 양을 늘려야 합니다.₂ 우리는 섬유의 현명한 가열이 전체 열의 너무 많은 부분을 소비하지 않도록 장치에 흡착할 수 있습니다.”

그러나 Realff는 시스템의 빠른 가열과 빠른 순환이 직접 공기 포집에 대한 보다 생산적인 접근 방식에 대한 큰 가능성을 가지고 있다고 말했습니다. .”

이상적으로 팀의 DAC 시스템은 풍력 터빈의 재생 에너지를 사용하는 풍력 발전소에 위치할 수 있습니다. 그러나 현재 그리드의 전력을 사용하더라도 Reallf의 분석은 팀의 설계가 여전히 충분한 CO를 제거할 수 있음을 보여주었습니다.₂ 대기에서 탄소 음성이 됩니다.

팀의 접근 방식에 대한 또 다른 이점은 탄소 섬유 가닥입니다. 재료는 올바른 기계적 및 전기적 특성을 가지고 있으며 쉽게 구할 수 있고 대량으로 지속 가능하게 제조되며 엄청나게 비싸지 않습니다.

이제 팀은 생산할 수 있는 이산화 카르돈의 품질을 높이는 방법을 찾고 있습니다. 그들은 80%의 순도를 달성했습니다. 지하 저장에 충분하지만 화학 물질이나 연료를 만드는 것과 같은 생산적인 재사용에 필요한 99%의 순도에 도달하기를 원합니다. 그들은 그 목표를 염두에 두고 시스템을 개선하고 자동화하기 위해 Georgia Tech Research Institute와 협력하고 있으며 캠퍼스 건물 위에 테스트 시스템을 설치하기 위해 노력하고 있습니다.

ChBE의 John F. Brock III School Chair이기도 한 Jones는 “저는 10년 이상 DAC에 대해 작업해 왔으며 제가 본 거의 모든 설계는 주로 탈착을 위한 열 에너지에 의존합니다.”라고 말했습니다. “빠른 지역 난방과 재생 가능한 전기 사용을 모두 허용하는 기술은 DAC 기술 개발자의 설계 옵션 범위를 확장합니다.”

이 연구는 미국 에너지부의 Advanced Research Projects Agency-Energy의 보조금 번호 DE-AR0001414에 의해 지원되었습니다. 이 자료에 표현된 모든 의견, 조사 결과, 결론 또는 권장 사항은 저자의 것이며 자금 지원 기관의 견해를 반드시 반영하지는 않습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2023/06/230621164642.htm