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

Georgia Tech Mottar fondet Utvikle Hollow-Fiber Membraner Bruk nanoporøse Materialer

Published on August 16, 2010 at 6:32 AM

Forskere ved Georgia Institute of Technology bruker midler fra Advanced Research Projects Agency - Energi - også kalt ARPA-E - å forfølge to ulike, men beslektede, tilnærminger for å fjerne karbondioksid fra røykgassene av kull-brenning kraftverk.

Kraftverk produserer omtrent en tredjedel av all karbondioksid som slippes i USA hvert år. Forskerne vil forsøke å bruke den unike high-density egenskaper hule fibre å utvikle kostnadseffektive teknikker for å fjerne store mengder av klimagassen fra utslippene.

I ett prosjekt, tildelt direkte til Georgia Tech, er forskerne utvikle hule fiber-kompositt membraner som vil bruke nanoporøse metall-organiske rammeverk materiale å skille karbondioksid fra røykgassene. I det andre prosjektet, er Georgia Tech forskere bistå kolleger ved Oak Ridge National Laboratory i utviklingsland hule-fiber sorbenter som vil suge opp karbondioksid som en svamp - og slipp det ved oppvarming.

Begge vil dra nytte av svært høy bakke-til-volum egenskaper hule fibre spunnet av polymerer. For membranen prosjektet ser forskerne gir en million kvadratmeter membran areal innenfor en moderat størrelse bygningen med den kompakte fotavtrykk tillatt av fibrene.

"Utfordringen med dette er å ha en teknologi som ikke bare fysisk fungerer, men som kan bygges i stor skala og drives billig," sier David Sholl, som leder membranen prosjektet som professor ved Georgia Tech School of Chemical og biomolekylære Engineering. "Hvis vi er vellykket, kan denne teknologien har en meget betydelig innvirkning på å prøve å redusere karbonutslipp fra forbrenning av kull."

Fange utslipp av karbondioksid ved kraftverk er fornuftig fordi utslippene er konsentrert der, sier Sholl. Men dagens teknologi, som innebærer boblende stack gasser gjennom en vandig løsning og deretter fjerne karbondioksid, ville forbruke minst en tredjedel av energien som produseres av hvert kraftverk.

Membraner kan teoretisk skille karbondioksid fra andre gasser med mindre energi. Men ingen eksisterende membranmaterialer kan gjøre jobben mens de har vært robust nok til å operere i den fiendtlige røykgass miljø - og rimelig nok til at store områder trengs.

"Volumet er helt utrolig hvilken måte du ser på det - hvor mye kull er brent eller hvor mye gass som produseres per sekund," sier Sholl, som er en Georgia Forskning Alliance eminente vitenskapsmannen i energi bærekraft. "Med en virkelig god membran, ville vi trenger noe sånt som en million kvadratmeter areal per kraftverk. Mengden høres umulig, men det er noe som allerede gjøres i vann desalinering anlegg."

Hule fibre ikke tykkere enn et hårstrå er nøkkelen til å gi tilstrekkelig membran overflate, sa William Koros, som jobber på begge prosjektene som professor i School of Chemical og biomolekylære Engineering.

"Avhengig av detaljer om design, kontakten området som kan pakkes inn i en kubikkmeter membran eller sorbent volum kan være hundrevis eller tusenvis av ganger høyere enn det kunne oppnås gjennom konkurrerende tilnærminger," sier Koros, som er Georgia Forskning Alliance eminente vitenskapsmannen i membran vitenskap og teknologi. "Dette ville tillate oss å passe den nye karbonfangst materialer inn i allerede trange kraftverk."

Sholl og hans kolleger bruker beregningsorientert teknikker for å skjerme de nesten 5000 forbindelser som kan brukes i metall-organiske rammeverk materiale, som er sub-mikron-skala krystaller som vil bli lagt til fibrene å skille karbondioksid fra andre gasser. Bruke beregningsorientert teknikker, håper de å kutte antall kandidat materialer til så få som 50 som ville være syntetisert og testet.

"Vi prøver å koble beregningsorientert screening og prediksjon til et materiale som faktisk kan brukes i en membran," sier Carson Meredith, også professor ved School of Chemical og biomolekylære Engineering. "Vi vil studere slike forbindelser på en rask måte, måler bare de viktigste egenskapene av interesse."

Disse egenskapene inkluderer permeance - evnen til å la karbondioksid gjennom - og selektivitet som vil tillate det å utelukke andre gasser. At screening bør kutte antall kandidater til en håndfull som ville faktisk brukes til å lage membraner for mer detaljert testing, sa Sholl.

På slutten av den toårige stipendperioden, forskerne forventer å ha produsert og testet hul-fiber membraner i laboratorieskala. De ville da partner med en produsent å produsere bunter av fibrene for en pilot-skala test.

Kraftverket røykgass inneholder nitrogen oksid og svoveloksider, samt fuktighet, noe som kan kombinere å forårsake korrosjon. Fuktighet alene kan også forårsake problemer for noen membraner. I tillegg røykgass inneholder spormengder av stoffer som klor og kvikksølv som kan også skade membraner.

"Vi vil egentlig ikke vite hva forurensninger vil gjøre før vi setter membranen i røykgass stream," Sholl sa. "Et viktig spørsmål vil være å vise at disse materialene vil fungere i dag og i morgen, og i lang tid etterpå. Robusthet materialene i et ekte miljø er noe vi må forstå."

Et karbonfangst system basert på hule-fiber membraner kan potensielt fjerne så mye som 90 prosent av karbondioksid fra anlegget utslipp. Men det ville komme til en kostnad: selv i de beste-case beregningene, ville fjerning krever minst 10 prosent av plantens energi.

"Virkeligheten er at alle land rundt om i verden kommer til å brenne kull for overskuelig fremtid," Sholl lagt. "Vi har ikke et valg, fordi vi ikke har andre gode kilder til baseline belastning på det nivået vi får fra kull. Enhver teknologi for økonomisk fange karbon fra disse anleggene kan ha stor innvirkning."

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

Last Update: 3. October 2011 12:43

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