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Posted in | Nanomaterials

Georgia Tech Reçoit fonds pour développer des membranes à fibres creuses utilisant des matériaux nanoporeux

Published on August 16, 2010 at 6:32 AM

Des chercheurs du Georgia Institute of Technology utilisent des fonds de l'Advanced Research Projects Agency - Energy - également connu comme l'ARPA-E - de poursuivre deux différents, mais connexes, les approches pour éliminer le dioxyde de carbone des gaz de combustion des centrales électriques au charbon.

Les centrales électriques produisent environ un tiers de tout le dioxyde de carbone émis aux Etats-Unis chaque année. Les chercheurs tenteront d'utiliser l'unique haute densité propriétés des fibres creuses de développer des techniques rentables pour enlever de grandes quantités de gaz à effet de serre à partir des émissions.

Dans un projet, remis directement à Georgia Tech, les chercheurs développent à fibres creuses membranes composites qui va utiliser des matériaux nanoporeux charpente métallique-organique de séparer le dioxyde de carbone des gaz de combustion. Dans l'autre projet, la Géorgie chercheurs Tech aider ses collègues à l'Oak Ridge National Laboratory dans le développement de fibres creuses sorbants qui absorbent le dioxyde de carbone comme une éponge - puis relâchez lorsqu'il est chauffé.

Les deux seront profiter de la très grande surface-volume de propriétés des fibres creuses filé à partir de polymères. Pour le projet de la membrane, les chercheurs envisagent fournir un million de mètres carrés de surface de membrane à l'intérieur d'un bâtiment de taille moyenne à l'aide de l'empreinte compacte permis par les fibres.

«Le défi avec ce n'est d'avoir une technologie qui ne fonctionne pas seulement physiquement, mais qui peut être construit sur une grande échelle et à moindre coût exploité», a déclaré David Sholl, qui dirige le projet de membrane en tant que professeur à l'École Technique de Géorgie chimique et Génie Biomoléculaire. "Si nous réussissons, cette technologie pourrait avoir un impact très significatif sur la tente de réduire les émissions de carbone provenant de la combustion du charbon."

Capturer les émissions de dioxyde de carbone dans les centrales électriques de sens parce que les émissions sont concentrées là, Sholl dit. Mais la technologie actuelle, qui consiste à bulles gaz de cheminée à travers une solution aqueuse, puis enlever le dioxyde de carbone, serait de consommer au moins un tiers de l'énergie produite par chaque centrale.

Membranes pourrait théoriquement séparés du dioxyde de carbone des autres gaz à l'entrée moins d'énergie. Mais aucun matériel membrane existante peut faire le travail tout en étant suffisamment robuste pour fonctionner dans l'hostilité des gaz de combustion environnement - et assez bon marché pour les grandes zones de besoin.

"Le volume est vraiment incroyable toute façon, vous regardez - combien le charbon est brûlé ou combien de gaz est produit par seconde", a déclaré Sholl, qui est une recherche en Géorgie Alliance éminent en matière de durabilité de l'énergie. «Grâce à une membrane très bonne, nous aurions besoin de quelque chose comme un million de mètres carrés de surface par des centrales électriques. Ce montant semble impossible, mais c'est quelque chose se fait déjà dans les installations de dessalement de l'eau."

Les fibres creuses pas plus épais qu'un cheveu sont la clé pour fournir suffisamment de surface de la membrane, a déclaré William Koros, qui travaille sur deux projets en tant que professeur à l'École de génie chimique et biomoléculaire.

"Selon les détails de la conception, la zone de contact qui peuvent être emballés dans un mètre cube de la membrane ou le volume de sorbant peuvent être des centaines ou des milliers de fois plus élevée que pourrait être atteint grâce à des approches concurrentielles», a déclaré Koros, qui est une recherche en Géorgie Alliance éminent érudit en science et la technologie de membrane. "Cela nous permettra de répondre aux nouveaux matériaux de capture du carbone dans les centrales déjà à l'étroit."

Sholl et ses collègues utilisent des techniques de calcul à l'écran les près de 5000 composés qui pourraient être utilisés dans les matériaux de charpente métallique-organique, qui sont des sous-échelle du micron cristaux qui seront ajoutées aux fibres de se séparer le dioxyde de carbone des autres gaz. En utilisant les techniques de calcul, ils espèrent réduire le nombre de matériaux candidats à aussi peu que 50 qui serait synthétisé et testé.

"Nous essayons de relier le dépistage du calcul et de prévision à un matériau qui peut effectivement être utilisé dans une membrane", a déclaré M. Carson Meredith, également professeur à l'École de chimie et génie biomoléculaire. "Nous allons étudier ces composés d'une manière rapide, mesurant seulement les propriétés clés d'intérêt."

Ces propriétés comprennent perméance - la capacité de permettre de dioxyde de carbone par le biais - et de sélectivité, qui va lui permettre d'exclure d'autres gaz. Ce dépistage devrait réduire le nombre de candidats à une poignée qui seraient effectivement utilisés pour fabriquer des membranes pour des tests plus détaillés, Sholl dit.

A la fin de la période de subvention de deux ans, les chercheurs s'attendent à avoir élaboré et testé des membranes à fibres creuses à l'échelle du laboratoire. Ils seraient alors en partenariat avec un fabricant pour produire des faisceaux de fibres pour un test à l'échelle pilote.

Gaz de combustion des centrales électriques contiennent de l'oxyde d'azote et les oxydes de soufre, ainsi que l'humidité, qui peuvent se combiner pour causer de la corrosion. Humidité seul peut aussi causer des problèmes pour certaines membranes. En outre, les gaz de combustion contiennent des quantités infimes de composés tels que le chlore et le mercure qui pourrait également nuire à la membrane.

«Nous ne saurons pas vraiment ce que les contaminants se faire jusqu'à ce que nous avons mis la membrane dans le flux des gaz de combustion", a déclaré Sholl. "Une question clé sera de montrer que ces matériaux seront de travail aujourd'hui et demain, et pour longtemps après. La robustesse des matériaux dans un environnement réel est quelque chose que nous avons à comprendre."

Un système de capture du carbone sur la base des membranes à fibres creuses pourrait potentiellement éliminer autant que 90 pour cent du dioxyde de carbone provenant des émissions des centrales. Mais ce serait un coût: même dans les calculs meilleur des cas, l'enlèvement aurait besoin d'au moins 10 pour cent d'énergie de l'usine.

«La réalité est que tous les pays du monde entier vont brûler du charbon pour l'avenir prévisible», a ajouté Sholl. «Nous n'avons vraiment pas le choix parce que nous n'avons pas d'autres bonnes sources de charge de base au niveau que nous obtenons de charbon. Toute la technologie pour la capture du carbone économiquement de ces installations pourrait avoir un grand impact."

Source: http://www.gatech.edu/

Last Update: 29. October 2011 05:40

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