Posted in | Nanomaterials

Georgia Tech Ontvangt Fonds ontwikkelen Hollow-vezel membranen Met behulp van nanoporeuze materialen

Published on August 16, 2010 at 6:32 AM

Onderzoekers van het Georgia Institute of Technology zijn met behulp van financiering uit het Advanced Research Projects Agency - Energie - ook wel bekend als ARPA-E - om twee verschillende na te streven, maar verwante, benaderingen voor het verwijderen van koolstofdioxide uit de rookgassen van kolen gestookte energiecentrales.

Energiecentrales produceren ongeveer een derde van alle kooldioxide uitgestoten in de Verenigde Staten elk jaar. De onderzoekers zullen proberen om de unieke high-density eigenschappen van holle vezels te gebruiken om kosteneffectieve technieken te ontwikkelen voor het verwijderen van grote hoeveelheden van het broeikasgas van de emissies.

In een project, toegekend direct naar Georgia Tech, zijn onderzoekers het ontwikkelen van holle-vezel composiet membranen dat gebruik zal maken nanoporeuze metaal-organische kader materialen om kooldioxide te scheiden van de rookgassen. In het andere project, zijn Georgia Tech onderzoekers assisteren collega's van Oak Ridge National Laboratory in de ontwikkeling van holle vezels sorbents die zullen genieten van kooldioxide als een spons - laat hem dan los bij verhitting.

Beiden zullen profiteren van de zeer hoge oppervlakte-volume eigenschappen van holle vezels gesponnen uit polymeren. Voor het membraan project, visualiseer onderzoekers die een miljoen vierkante meter membraan gebied binnen een matig-en kleinbedrijf gebouw met behulp van de compacte footprint toegestaan ​​door de vezels.

"De uitdaging hierbij is om een ​​technologie die niet alleen fysiek werken, maar dat kan worden gebouwd op een grote schaal en goedkoop bediend", zegt David Sholl, die het membraan project leidt als een professor in de Georgia Tech School van chemische en Biomolecular Engineering. "Als wij succesvol zijn, zou deze technologie hebben een zeer belangrijke invloed op probeert te kooldioxide-uitstoot uit de verbranding van steenkool te verminderen."

Het vastleggen van de uitstoot van kooldioxide bij elektriciteitscentrales is logisch, want de uitstoot zijn er geconcentreerd, Sholl zegt. Maar de huidige technologie, wat inhoudt dat borrelen rookgassen door middel van een waterige oplossing en vervolgens verwijderen van de koolstofdioxide, zou verbruiken ten minste een derde van de energie die door elke centrale.

Membranen kan de kooldioxide theoretisch te scheiden van andere gassen met minder energie-input. Maar geen van de bestaande membraan materialen kunnen het werk doen terwijl ze robuust genoeg om te werken in de vijandige rookgas omgeving - en goedkoop genoeg voor de benodigde grote gebieden.

"Het volume is echt ongelofelijk welke manier je het bekijkt - hoeveel steenkool wordt verbrand of hoeveel gas wordt geproduceerd per seconde", zegt Sholl, die is een Georgië Research Alliance eminente geleerde in duurzame energie. "Met een echt goede membraan, zouden we zoiets als een miljoen vierkante meter van de oppervlakte per centrale. Dat bedrag klinkt onmogelijk, maar het is iets al gebeurt in ontzilting van water faciliteiten."

Holle vezels niet dikker dan een haar zijn de sleutel tot het verstrekken van voldoende membraanoppervlak, zegt William Koros, die aan beide projecten werken als een professor in de School van chemische en biomoleculaire engineering.

"Afhankelijk van de details van het ontwerp, het contact gebied dat kan worden verpakt in een kubieke meter van het membraan of sorbent volume kan worden honderden of duizenden keer hoger dan zou kunnen worden bereikt via concurrerende benaderingen," zegt Koros, die een Georgia Research Alliance eminente geleerde in membraan wetenschap en technologie. "Dit zou ons toelaten om de nieuwe afvangen materialen passen in reeds krap energiecentrales."

Sholl en zijn collega's door middel van computationele technieken om de bijna 5.000 verbindingen die kunnen worden gebruikt in de metaal-organische kader materialen, die zijn sub-micron schaal kristallen die worden toegevoegd aan de vezels van de koolstofdioxide te scheiden van andere gassen scherm. Met behulp van de computationele technieken, hopen ze het aantal kandidaat-materialen gesneden zo weinig als 50 zou worden gesynthetiseerd en getest.

"We proberen de computationele screening en de voorspelling van een materiaal dat daadwerkelijk kan worden gebruikt in een membraan te sluiten," aldus Carson Meredith, ook een professor in de School van chemische en biomoleculaire engineering. "We zullen deze verbindingen op een snelle manier, het meten van alleen de belangrijkste eigenschappen van belang."

Die eigenschappen zijn flux - de mogelijkheid om kooldioxide door te laten - en selectiviteit, die zal toelaten om andere gassen uit te sluiten. Dat de screening moet het aantal kandidaten voor een handvol die daadwerkelijk zullen worden gebruikt om membranen voor meer gedetailleerde testen te maken knippen, Sholl gezegd.

Aan het einde van de tweejarige subsidieperiode, verwachten de onderzoekers te hebben geproduceerd en getest holle-vezel membranen in het laboratorium schaal. Zij zouden samen met een fabrikant dan naar bundels van de vezels voor een pilot-schaal te veroorzaken.

Elektriciteitscentrale rookgassen bevatten stikstofoxiden en zwaveloxiden, evenals vocht, dat kunt combineren om corrosie te veroorzaken. Vocht alleen kan ook problemen veroorzaken voor sommige membranen. Daarnaast, rookgassen bevatten sporen van verbindingen zoals chloor en kwik, die ook zou kunnen schadelijk zijn voor de membranen.

"We zullen echt niet weten wat de verontreinigingen zullen doen totdat we het membraan in de rookgasreiniging stream, 'Sholl gezegd. "Een belangrijk probleem zal worden om aan te tonen dat deze materialen zullen werken vandaag en morgen, en voor een lange tijd daarna. De robuustheid van de materialen in een echte omgeving is iets dat we moeten begrijpen."

Een carbon capture systeem op basis van de holle-vezel membranen zou kunnen verwijderen maar liefst 90 procent van de kooldioxide uit plant-uitstoot. Maar dat zou komen op een kosten: zelfs in het beste geval berekeningen, verhuizing zou ten minste 10 procent van de energie van de plant nodig.

"De realiteit is dat alle landen in de wereld gaan kolen in de nabije toekomst", Sholl toegevoegd. "We hebben echt hebben geen keuze omdat we geen andere goede bronnen van baseline belasting hebben op het niveau dat we halen uit steenkool. Elke technologie om economisch te vangen koolstof uit deze voorzieningen kunnen een grote impact hebben."

Bron: http://www.gatech.edu/

Last Update: 3. October 2011 04:51

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