탄소 포집에 대한 약속을 보여주는 섬유 필터 테스트

탄소 포집에 대한 약속을 보여주는 섬유 필터 테스트
날짜:
2022년 6월 6일
원천:
노스캐롤라이나 주립대학교
요약:
연구자들은 면직물과 탄산탈수효소(carbonic anhydrase)라는 효소를 결합한 새로운 섬유 기반 필터를 사용하여 공기와 가스 혼합물에서 이산화탄소를 유망한 속도로 걸러낼 수 있음을 발견했습니다. 이는 화학 반응을 가속화하기 위한 자연 도구 중 하나입니다.

노스캐롤라이나 주립대학의 연구원들은 면직물과 탄산탈수효소(carbonic anhydrase)라는 효소를 결합한 새로운 섬유 기반 필터를 사용하여 유망한 속도로 공기와 가스 혼합물에서 이산화탄소를 걸러낼 수 있음을 발견했습니다.

초기 실험실 테스트의 결과는 바이오매스, 석탄 또는 천연 가스 발전소에서 배출되는 이산화탄소를 줄일 수 있는 가능한 새로운 탄소 포집 기술 개발에서 한 단계 더 발전했음을 나타냅니다. 필터의 크기를 크게 확장해야 하지만 연구원들은 자신의 디자인이 제안된 다른 솔루션에 비해 이 단계를 더 쉽게 만들 것이라고 생각합니다.

이번 연구의 주저자인 NC State의 박사후 연구원인 Jialong Shen은 "이 기술을 통해 우리는 이산화탄소 배출을 원천적으로 막고자 하며 현재 발전소는 이산화탄소 배출의 주요 배출원입니다."라고 말했습니다. "유사하게 표적화된 연구와 비교할 때 우리 방법의 주요 이점은 전통적인 섬유 제조 시설을 사용하여 우리 방법을 쉽게 확장할 수 있다는 것입니다."

제안된 섬유 기반 화학 필터에 대한 연구팀의 설계의 핵심은 이산화탄소와 물이 베이킹 소다의 화합물인 중탄산염으로 바뀌는 반응을 가속화할 수 있는 자연 발생 효소 탄산 탈수효소입니다. 효소는 인체에서 중요한 역할을 합니다. 그것은 이산화탄소를 운반하는 데 도움이 되어 내쉴 수 ​​있습니다.

"우리는 수용액에서 이산화탄소 흡수를 가속화하기 위해 우리 과정에서 이 놀라운 효소를 빌렸습니다."라고 Shen이 말했습니다.

필터를 만들기 위해 연구원들은 접착제처럼 작용하는 키토산이라는 물질이 포함된 용액에 천을 담가 두겹 면직물에 효소를 부착했습니다. 키토산은 효소를 물리적으로 가두어 직물에 달라붙게 합니다.

그런 다음 연구자들은 필터가 이산화탄소와 질소의 공기 혼합물에서 이산화탄소를 얼마나 잘 분리하는지 확인하기 위해 일련의 실험을 실행하여 발전소에서 방출되는 수준을 시뮬레이션했습니다. 그들은 직물을 나선형으로 말아서 튜브에 밀어 넣을 수 있습니다. 그들은 수성 용액과 함께 튜브를 통해 가스를 밀어 넣었습니다. 이산화탄소는 용액 속의 물과 효소와 반응하면서 중탄산염으로 변해 필터와 튜브 아래로 떨어졌다. 그런 다음, 그들은 중탄산염 용액을 포착하여 전달했습니다.

분당 4리터의 속도로 필터를 통해 공기를 밀어넣을 때 단일 스택 필터의 경우 52.3%, 이중 스택 필터의 경우 81.7%의 이산화탄소를 제거할 수 있었습니다. 연구 결과가 유망하지만 상업용 발전소에서 사용되는 더 빠른 공기 흐름 속도에 대해 필터를 테스트해야 합니다. 비교를 위해 본격적인 작업은 분당 천만 리터 이상의 연도 가스를 처리해야 합니다. 연구원들은 더 큰 규모로 테스트하고 그들의 기술을 연구 중인 다른 비교 가능한 기술과 비교하기 위해 공동 작업자와 협력하고 있습니다.

연구 공동 저자인 NC State의 섬유 공학, 화학 및 과학 부교수인 Sonja Salmon은 "아직 진행 중인 이야기이지만 우리는 매우 흥미로운 초기 결과를 얻었습니다."라고 말했습니다. "우리는 매우 의미 있는 진전을 이루었습니다."

필터의 탄소 포집률을 테스트하는 것 외에도 그들은 5번의 세척, 건조 및 보관 주기 후에 필터가 얼마나 잘 작동하는지 테스트했습니다. 그들은 높은 수준의 성능을 유지할 수 있음을 발견했습니다.

"효소는 매우 오랫동안 낮은 온도에서 유지될 수 있으며 내구성이 있을 것"이라고 Shen은 말했습니다. "직물은 물리적 지지와 구조를 제공하는 동시에 이산화탄소와 반응할 수 있는 넓은 표면적을 제공합니다."

이산화탄소를 포집하는 것은 과정의 한 부분일 뿐입니다. 그들은 또한 액체가 필터를 빠져나간 후 재활용하는 방법과 중탄산염을 다시 이산화탄소로 변환하여 저장될 수 있도록 하는 과정에 대한 문제도 연구하고 있습니다. 다른 상업적 목적으로 폐기되거나 사용됩니다.

"우리는 필터와 함께 사용하는 수용액을 재생하여 계속해서 사용할 수 있기를 원합니다."라고 Salmon이 말했습니다. "공정의 그 측면은 용매의 재생 에너지를 가능한 한 낮게 만들기 위해 더 많은 작업이 필요합니다."

연구원들은 탄소 포집을 위한 새로운 기술이 필요하며 기존의 상용화된 탄소 포집 기술보다 적은 에너지를 필요로 한다고 말합니다. 그들은 탄소 포집 시스템이 비용을 절감하여 채택을 촉진하는 데 도움이 되기를 바랍니다.

"이산화탄소를 포획하는 방법은 다양합니다."라고 Shen은 말했습니다. "상업 환경의 현재 표준은 매우 빠르고 강력하며 이산화탄소를 잘 결합하여 쉽게 이산화탄소를 배출할 수 없는 반응을 사용합니다. 매우 높은 온도를 사용해야 합니다. 즉, 많은 에너지 소비로 인해 프로세스 비용이 더 많이 듭니다."