Site Sponsors
  • Strem Chemicals - Nanomaterials for R&D
  • Park Systems - Manufacturer of a complete range of AFM solutions
  • Oxford Instruments Nanoanalysis - X-Max Large Area Analytical EDS SDD
Posted in | Nanomaterials

Georgia Tech Modtager fonden til at udvikle Hollow-Fiber Membraner Brug Nanoporøse Materialer

Published on August 16, 2010 at 6:32 AM

Forskere ved Georgia Institute of Technology, er ved hjælp af midler fra Advanced Research Projects Agency - Energi - også kendt som ARPA-E - at forfølge to forskellige, men relaterede, metoder til at fjerne kuldioxid fra røggasser fra kulfyrede kraftværker.

Kraftværker producerer cirka en tredjedel af alle kuldioxid, der udsendes i USA hvert år. Forskerne vil forsøge at bruge den unikke high-density egenskaber af hule fibre til at udvikle omkostningseffektive teknikker til at fjerne store mængder af drivhusgassen fra emissionerne.

I et projekt, direkte tildeles Georgia Tech, er forskere udvikler hule-fiber komposit-membraner, der vil bruge nanoporøse metal-organiske rammer materialer til at adskille kuldioxid fra røggasser. I det andet projekt, er Georgia Tech forskere hjælpe kolleger på Oak Ridge National Laboratory i udviklingen af ​​hule-fiber sorbents, der vil opsuge kuldioxid som en svamp - så slip den, når det opvarmes.

Begge vil drage fordel af de meget høje jord-til-volumen egenskaber af hule fibre spundet af polymerer. For membranen projektet, forestiller forskerne giver en million kvadratmeter af membranen område inden for en moderat størrelse bygning ved hjælp af den kompakte fodaftryk tilladt af fibre.

"Udfordringen med dette er at have en teknologi, som ikke kun fysisk værker, men der kan bygges i stor skala og drives billigt," siger David Sholl, der leder membranen projektet som en professor på Georgia Tech School of Chemical og Biomolekylær Engineering. "Hvis vi har succes, kunne denne teknologi har en meget stor indflydelse på at forsøge at reducere kulstofemissioner fra forbrænding af kul."

Optagelse af kuldioxidemissionerne på kraftværkerne giver mening, fordi emissionerne er koncentreret der, Sholl siger. Men den nuværende teknologi, som indebærer boblende stak gasser gennem en vandig opløsning og derefter fjerne kuldioxid, ville forbruge mindst en tredjedel af den energi, der produceres af hver enkelt kraftværk.

Membraner kan teoretisk adskille kuldioxid fra andre gasser med mindre energi input. Men ingen eksisterende membran materialer kan gøre jobbet og samtidig være robust nok til at operere i den fjendtlige røggasrensning miljø - og billig nok til det store behov for arealer.

"Mængden er virkelig utrolig nogen måde, du ser på det - hvor meget kul er brændt eller hvor meget gas der produceres per sekund," sagde Sholl, som er en Georgia Research Alliance fremtrædende forsker i energimæssig bæredygtighed. "Med en rigtig god membran, ville vi brug for noget i retning af en million kvadratmeter areal pr kraftværk. Dette beløb lyder umuligt, men det er noget, der allerede bliver gjort i vand afsaltning faciliteter."

Hule fibre ikke er tykkere end et hår er nøglen til at yde tilstrækkelig membran areal, sagde William Koros, der arbejder på begge projekter som en professor på School of Chemical og Biomolecular Engineering.

"Afhængig af detaljerne i design, kontakten område, som kan være pakket ind i en kubikmeter af membran eller sorptionsmiddel volumen kan være hundredvis eller tusindvis af gange højere end der kan opnås ved hjælp af konkurrencedygtige strategier," siger Koros, som er en Georgia Research Alliance fremtrædende forsker i membran videnskab og teknologi. "Det ville give os mulighed for at passe den nye kulstofopfangning materialer ind allerede trange kraftværker."

Sholl og hans kolleger bruger beregningsmæssige teknikker til at screene næsten 5.000 stoffer, der kunne bruges i metal-organiske rammer materialer, som er sub-micron-skala krystaller, der vil blive føjet til fibrene at adskille kuldioxid fra andre gasser. Ved hjælp af beregningsmæssige teknikker, de håber at reducere antallet af kandidat materialer til så få som 50, der ville blive syntetiseret og testet.

"Vi forsøger at forbinde beregningsmæssige screening og forudsigelse til et materiale, der faktisk kan bruges i en membran," sagde Carson Meredith, også en professor på School of Chemical og Biomolecular Engineering. "Vi vil studere disse stoffer i en hurtig måde, måler kun de vigtigste egenskaber af interesse."

Disse egenskaber omfatter permeance - evnen til at tillade kuldioxid igennem - og selektivitet, som vil gøre det muligt at udelukke andre gasser. At screening skal skære antallet af ansøgere til en håndfuld, der ville faktisk være brugt til at lave membraner til mere detaljerede test, Sholl sagde.

Ved slutningen af ​​de to-årig bevilling periode, forventer forskerne at have produceret og testet hule fibre membraner på laboratorieskala. De ville så partner med en producent til at producere bundter af fibre til et pilot-skala test.

Kraftværk røggasser indeholder kvælstofoxider og svovloxider, samt fugt, der kan kombinere til at forårsage korrosion. Fugt alene kan også medføre problemer for nogle membraner. Desuden indeholder røggasser spormængder af stoffer som klor og kviksølv, som også kunne skade membraner.

"Vi vil ikke rigtig vide, hvad de forurenende stoffer vil gøre, før vi sætter membranen i røggassen stream," Sholl sagt. "Et centralt spørgsmål vil være at vise, at disse materialer vil arbejde dag og i morgen, og i lang tid bagefter. Robusthed af de materialer i de rigtige omgivelser, er noget, vi er nødt til at forstå."

En kulstof-opsamling system baseret på hule fibre membraner kan potentielt fjerne så meget som 90 procent af kuldioxid fra plante emissioner. Men det ville komme til en pris: selv i bedste fald beregninger, vil fjernelse kræve mindst 10 procent af anlæggets energi.

"Virkeligheden er, at alle lande rundt om i verden kommer til at brænde kul inden for en overskuelig fremtid," Sholl tilføjet. "Vi har virkelig ikke har et valg, fordi vi ikke har andre gode kilder til baseline belastning på det niveau, vi får fra kul. Enhver teknologi til økonomisk indfange kulstof fra disse faciliteter kunne have en stor indvirkning."

Kilde: http://www.gatech.edu/

Last Update: 7. October 2011 21:33

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this news story?

Leave your feedback
Submit