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Posted in | Nanomaterials

Georgia Tech Riceve Fondo per lo sviluppo di membrane a fibre cave Uso dei materiali di nanoporosi

Published on August 16, 2010 at 6:32 AM

I ricercatori del Georgia Institute of Technology sta utilizzando finanziamenti della Advanced Research Projects Agency - Energia - noto anche come ARPA-E - a perseguire due diversi ma correlati, si avvicina per la rimozione di anidride carbonica dai fumi di carbone le centrali elettriche.

Le centrali elettriche producono circa un terzo di tutte le anidride carbonica emessa negli Stati Uniti ogni anno. I ricercatori cercheranno di utilizzare le uniche ad alta densità proprietà di fibre cave per lo sviluppo economico delle tecniche per la rimozione di grandi volumi di gas a effetto serra dalle emissioni.

In un progetto, assegnato direttamente al Georgia Tech, i ricercatori stanno sviluppando membrane composite a fibre cave che utilizzeranno nanoporoso metallo-organici quadro per separare l'anidride carbonica dai fumi. Nel progetto gli altri, i ricercatori della Georgia Tech stanno aiutando i colleghi a Oak Ridge National Laboratory nello sviluppo di fibre cave assorbenti che assorbono l'anidride carbonica come una spugna - poi rilasciarlo quando viene riscaldato.

Entrambi sfruttare l'altissima superficie-volume proprietà di fibre cave filato da polimeri. Per il progetto della membrana, i ricercatori immaginare fornendo un milione di metri quadrati di superficie della membrana all'interno di un edificio di dimensioni moderatamente utilizzando la compattezza consentito dalle fibre.

"La sfida con questo è quello di avere una tecnologia che non funziona solo fisicamente, ma che può essere costruito su larga scala e gestito a buon mercato," ha detto David Sholl, che guida il progetto membrana come un professore del Georgia Tech School of Chemical e biomolecolare Ingegneria. "Se avremo successo, questa tecnologia potrebbe avere un impatto molto significativo sul tentativo di ridurre le emissioni di carbonio dalla combustione di carbone."

Cattura delle emissioni di anidride carbonica negli impianti di potenza ha un senso, perché le emissioni sono concentrati lì, Sholl dice. Ma la tecnologia attuale, che coinvolge bolle gas del camino attraverso una soluzione acquosa e quindi rimuovendo l'anidride carbonica, sarebbe consumare almeno un terzo dell'energia prodotta da ciascun impianto.

Membrane potrebbe teoricamente separare l'anidride carbonica da altri gas con l'input di energia in meno. Ma nessun materiale a membrana esistenti possono fare il lavoro pur essendo abbastanza robusto per operare nel ostile dei fumi, ambiente - e abbastanza economico per le grandi aree necessarie.

"Il volume è davvero incredibile qualsiasi modo la si guardi - la quantità di carbone bruciata o la quantità di gas viene prodotto al secondo", ha detto Sholl, che è una ricerca della Georgia all'Alleanza eminente studioso nel campo della sostenibilità energetica. "Con una membrana molto bene, avremmo bisogno di qualcosa come un milione di metri quadrati di superficie per una centrale elettrica. Tale importo sembra impossibile, ma è qualcosa di già stato fatto in impianti di desalinizzazione dell'acqua."

Fibre cave non più spesso di un capello sono la chiave per fornire sufficiente superficie della membrana, ha detto William Koros, che sta lavorando su entrambi i progetti come professore presso la Scuola di chimica e biomolecolare.

"A seconda i dettagli del progetto, l'area di contatto che può essere confezionato in un metro cubo di membrana o del volume assorbente possono essere centinaia o migliaia di volte superiore a quello che potrebbe essere raggiunto attraverso approcci competitivi", ha detto Koros, che è una ricerca della Georgia Alleanza eminente studioso nel campo della scienza e della tecnologia a membrana. "Questo ci permetterebbe di adattarsi al nuovo materiale di cattura del carbonio in centrali elettriche già angusti".

Sholl ei suoi colleghi stanno usando tecniche computazionali per lo schermo del quasi 5.000 composti che potrebbero essere utilizzati nel metallo-organici quadro, che sono sub-micron scala cristalli che saranno aggiunti alle fibre di separare l'anidride carbonica da altri gas. Utilizzando le tecniche computazionali, sperano di ridurre il numero di materiali candidati ad appena 50 che sarebbe sintetizzata e testata.

"Stiamo cercando di collegare la proiezione di calcolo e la previsione di un materiale che può effettivamente essere utilizzato in una membrana", ha dichiarato Carson Meredith, anche professore presso la Scuola di chimica e biomolecolare. "Studieremo questi composti in modo rapido, misura solo le proprietà chiave di interesse".

Tali proprietà includono permeanza - la capacità di permettere di anidride carbonica attraverso - e selettività, che le consentirà di escludere altri gas. Che lo screening dovrebbe tagliare il numero dei candidati ad una manciata che sarebbe in realtà essere utilizzato per effettuare le membrane per la verifica più dettagliata, Sholl detto.

Alla fine del biennio sovvenzione, i ricercatori si aspettano di avere prodotti e testati membrane a fibre cave in scala di laboratorio. Avrebbero poi collaborare con un produttore di produrre fasci di fibre per una scala pilota di test.

Potenza fumi vegetali contengono ossido di azoto e ossidi di zolfo, così come l'umidità, che può combinare di provocare la corrosione. L'umidità da solo può anche causare problemi per alcuni membrane. Inoltre, i gas di scarico contengono tracce di composti come il cloro e il mercurio che potrebbe anche danneggiare le membrane.

"Non sarà davvero sapere qual è il contaminanti farà fino a quando abbiamo messo la membrana nel flusso dei gas di combustione", ha detto Sholl. "Una questione chiave sarà quello di dimostrare che questi materiali lavorerà oggi e domani, e per molto tempo dopo. La robustezza dei materiali in un ambiente reale è qualcosa che dobbiamo capire."

Un sistema di cattura del carbonio basato sul membrane a fibre cave potrebbe rimuovere fino al 90 per cento del biossido di carbonio dalle emissioni degli impianti. Ma che sarebbe venuto un costo: anche nel migliore dei casi i calcoli, la rimozione richiederebbe almeno il 10 per cento di energia dell'impianto.

"La realtà è che tutti i paesi del mondo stanno per bruciare carbone per il prossimo futuro", Sholl aggiunto. "Noi in realtà non hanno scelta, perché non abbiamo altre buone fonti di carico di base a livello otteniamo dal carbone. Qualsiasi tecnologia per la cattura del carbonio economicamente da queste strutture potrebbe avere un grande impatto."

Fonte: http://www.gatech.edu/

Last Update: 7. October 2011 03:08

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