Công nghệ thu giữ carbon thay đổi trò chơi để loại bỏ 99% CO2 từ không khí

Tiến bộ thu hồi carbon của các nhà nghiên cứu Đại học Delaware có thể đưa pin nhiên liệu thân thiện với môi trường đến gần hơn với thị trường.

Các kỹ sư của Đại học Delaware đã chứng minh một cách để thu hồi hiệu quả 99% carbon dioxide từ không khí bằng cách sử dụng một hệ thống điện hóa mới chạy bằng hydro.

Đây là một bước tiến đáng kể trong việc thu giữ carbon dioxide và có thể đưa các loại pin nhiên liệu thân thiện với môi trường đến gần hơn với thị trường.

Nhóm nghiên cứu, do Giáo sư Yushan Yan của ĐHĐN dẫn đầu, đã báo cáo phương pháp của họ trên tạp chí Nature Energy vào thứ Năm, ngày 3 tháng Hai.

Công nghệ thay đổi trò chơi để tiết kiệm pin nhiên liệu

Pin nhiên liệu hoạt động bằng cách chuyển đổi năng lượng hóa học nhiên liệu trực tiếp thành điện năng. Chúng có thể được sử dụng trong giao thông vận tải cho những thứ như xe hybrid hoặc xe không phát thải.

Yan, Henry Belin du Pont, Chủ tịch Kỹ thuật Hóa học và Phân tử Sinh học, đã làm việc trong một thời gian để cải thiện các tế bào nhiên liệu màng trao đổi hydroxit (HEM), một giải pháp thay thế kinh tế và thân thiện với môi trường cho các tế bào nhiên liệu dựa trên axit truyền thống được sử dụng ngày nay.

Nhưng pin nhiên liệu HEM có một khuyết điểm khiến chúng không hoạt động được – chúng cực kỳ nhạy cảm với carbon dioxide trong không khí. Về cơ bản, carbon dioxide khiến pin nhiên liệu HEM khó thở.

Khiếm khuyết này nhanh chóng làm giảm hiệu suất và hiệu suất của pin nhiên liệu lên tới 20%, khiến pin nhiên liệu không tốt hơn động cơ xăng. Nhóm nghiên cứu của Yan đã tìm kiếm giải pháp cho câu hỏi hóc búa về carbon dioxide này trong hơn 15 năm.

Một vài năm trở lại đây, các nhà nghiên cứu nhận ra nhược điểm này thực sự có thể là một giải pháp – để loại bỏ carbon dioxide.

Brian Setzler, trợ lý giáo sư nghiên cứu tại kỹ thuật hóa học và phân tử sinh học và đồng tác giả bài báo.

Mặc dù điều này không tốt cho pin nhiên liệu, nhưng nhóm nghiên cứu biết liệu họ có thể tận dụng quá trình “tự tẩy” tích hợp này trong một thiết bị riêng biệt ngược dòng từ ngăn xếp pin nhiên liệu hay không, họ có thể biến nó thành một thiết bị tách carbon dioxide.

“Hóa ra cách tiếp cận của chúng tôi rất hiệu quả. Yan cho biết, chúng tôi có thể thu giữ 99% lượng khí carbon dioxide ra khỏi không khí nếu chúng tôi có thiết kế phù hợp và cấu hình phù hợp.

Vì vậy, làm thế nào họ làm điều đó?

Họ đã tìm ra cách để nhúng nguồn điện cho công nghệ điện hóa vào bên trong màng phân tách. Cách tiếp cận liên quan đến việc làm ngắn mạch bên trong thiết bị.

“Thật rủi ro, nhưng chúng tôi đã kiểm soát được pin nhiên liệu ngắn mạch này bằng hydro. Và bằng cách sử dụng màng ngắn mạch điện bên trong này, chúng tôi có thể loại bỏ các thành phần cồng kềnh, chẳng hạn như tấm lưỡng cực, bộ thu dòng điện hoặc bất kỳ dây điện nào thường được tìm thấy trong ngăn xếp pin nhiên liệu, ”Lin Shi, một ứng viên tiến sĩ tại Yan cho biết nhóm và tác giả chính của bài báo.

Giờ đây, nhóm nghiên cứu đã có một thiết bị điện hóa trông giống như một màng lọc bình thường được tạo ra để tách các chất khí ra ngoài, nhưng với khả năng liên tục thu nhận lượng nhỏ carbon dioxide từ không khí giống như một hệ thống điện hóa phức tạp hơn.

Trên thực tế, việc nhúng các dây của thiết bị vào bên trong màng đã tạo ra một đường cắt ngắn giúp các hạt carbon dioxide di chuyển từ bên này sang bên kia dễ dàng hơn. Nó cũng cho phép nhóm chế tạo một mô-đun xoắn ốc, nhỏ gọn với diện tích bề mặt lớn trong một khối lượng nhỏ. Nói cách khác, họ hiện có một gói nhỏ hơn có khả năng lọc lượng không khí lớn hơn tại một thời điểm, làm cho nó vừa hiệu quả vừa tiết kiệm chi phí cho các ứng dụng pin nhiên liệu. Trong khi đó, ít thành phần hơn có nghĩa là ít chi phí hơn và quan trọng hơn, cung cấp một cách để dễ dàng mở rộng quy mô thị trường.

Kết quả của nhóm nghiên cứu cho thấy một tế bào điện hóa có kích thước 2 inch x 2 inch có thể liên tục loại bỏ khoảng 99% lượng carbon dioxide có trong không khí chảy với tốc độ xấp xỉ hai lít mỗi phút. Các nhà nghiên cứu cho biết, một thiết bị xoắn ốc nguyên mẫu ban đầu có kích thước bằng một lon nước ngọt 12 ounce có khả năng lọc 10 lít không khí mỗi phút và loại bỏ 98% lượng carbon dioxide, các nhà nghiên cứu cho biết.

Được mở rộng cho một ứng dụng ô tô, thiết bị sẽ có kích thước gần bằng một gallon sữa, Setzer nói, nhưng thiết bị này cũng có thể được sử dụng để loại bỏ carbon dioxide ở những nơi khác. Ví dụ, công nghệ được UD cấp bằng sáng chế có thể cho phép các thiết bị loại bỏ carbon dioxide nhẹ hơn, hiệu quả hơn trong tàu vũ trụ hoặc tàu ngầm, nơi quá trình lọc liên tục là rất quan trọng.

Setzler nói: “Chúng tôi có một số ý tưởng về một lộ trình dài hạn có thể thực sự giúp chúng tôi đạt được điều đó.

Theo Shi, vì hệ thống điện hóa được cung cấp năng lượng bởi hydro, khi nền kinh tế hydro phát triển, thiết bị điện hóa này cũng có thể được sử dụng trong máy bay và các tòa nhà, nơi muốn tuần hoàn không khí như một biện pháp tiết kiệm năng lượng. Cuối tháng này, sau khi bảo vệ luận án của mình, Shi sẽ gia nhập Versogen, một công ty phụ thuộc UD do Yan thành lập, để tiếp tục thúc đẩy nghiên cứu hướng tới hydro xanh bền vững .

Tham khảo: “Một tế bào điện hóa màng ngắn được cung cấp bởi hydro để loại bỏ CO ₂ khỏi nguồn cấp khí của tế bào nhiên liệu màng trao đổi hydroxit” của Lin Shi, Yun Zhao, Stephanie Matz, Shimshon Gottesfeld, Brian P. Setzler và Yushan Yan, ngày 3 tháng 2 năm 2022 , Năng lượng Thiên nhiên .
DOI: 10.1038 / s41560-021-00969-5

Các đồng tác giả của bài báo từ phòng thí nghiệm Yan bao gồm Yun Zhao, đồng tác giả đầu tiên và cộng sự nghiên cứu, người đã thực hiện công việc thử nghiệm cần thiết để thử nghiệm thiết bị; Stephanie Matz, một nghiên cứu sinh tiến sĩ, người đã góp phần thiết kế và chế tạo mô-đun xoắn ốc, và Shimshon Gottesfeld, trợ giảng về kỹ thuật hóa học và phân tử sinh học tại UD. Gottesfeld là nhà điều tra chính của dự án năm 2019, được tài trợ bởi Cơ quan Năng lượng-Dự án Nghiên cứu Tiên tiến (ARPA-E), đã dẫn đến phát hiện này.

Theo Scitechdaily