Revolutionerende nye materialer til urolige kulstoftider:Superfiltre, som verden har råd til

Omkring 2800 f.Kr. de gamle indbyggere i Ur, Mesopotamien gjorde en opdagelse, der skulle ændre civilisationen. De lærte, at hvis de blandede kobber og tin til en legering, det nye kompositmateriale var stærkere, mere nyttigt, og mere værdifuldt end noget menneskeskabt stof til dato. Det gav sit navn til hele den tidsalder, det revolutionerede. Bronze.

Mere end 4000 år senere, i en undersøgelse offentliggjort i Naturenergi denne måned, forskere fra Kyoto University's Institute for Integrated Cell-Material Sciences (iCeMS), Londons Imperial College og City University of Hong Kong, afsløre, hvordan de bruger denne ældgamle metode til at udvikle tilsvarende revolutionerende nye materialer, der vil løse et af de enorme problemer, der påvirker det 21. århundrede:hvordan man opfanger og opbevarer kuldioxid.

"Det er let at overse problemets kolossale omfang, " forklarer professor Easan Sivaniah, som ledede undersøgelsen i at udvikle Mixed Matrix Membranes (MMM'er), de højkonstruerede tynde polymer superfiltre, der potentielt vil revolutionere teknologien til opsamling og lagring af kulstof (CCS). De største kulfyrede kraftværker kan udlede nok kuldioxid på en enkelt dag til at fylde den store pyramide i Giza 12 gange. Og der er over fem tusinde store fossile brændselsbaserede kraftværker, i gennemsnit omkring 500 megawatt output, opererer globalt, og flere kommer online. At det er en fænomenal mængde drivhusgas at adskille og opbevare.

"Indtil nu har polymermembranteknologier til gasseparationsapplikationer ikke været op til opgaven, " siger Sivaniah. Enten er de for langsomme, eller som avisen afslører, i tilfælde af polymerer med høj permeabilitet, de genererer sjældent tilstrækkelig "selektivitet" - evnen til at adskille gasser - til energieffektiv CO2-opsamling. Dette har store omkostningsimplikationer for implementering af membranteknologier i storskala kulstoffangstprojekter.

Der ligger gniden. I en undersøgelse offentliggjort i 2016 i Naturenergi , David M. Rainer fra Judge Business School ved University of Cambridge, demonstreret, hvordan langt størstedelen af ​​milliard-dollar CCS-demonstrationsprojekter blev igangsat i Nordamerika, Den Europæiske Union og Australien i CCS-optimismens storhedstid i 2005-2009 lå i realiteten nu i ruiner.

"For at CCS begynder at spille en større rolle i virkeligheden snarere end blot i modellerne for fremtidig implementering, " konkluderer Rainer, "det er bydende nødvendigt at begynde at differentiere mere og mindre omkostningskrævende teknologier [hvis] CCS skal dukke op fra sin egen Dødens Dal".

Prof. Tatsuo Masuda, den tidligere projektleder for "The Carbon Management Coalition (CMC)", et initiativ fra Global Agenda Council on Decarbonizing Energy under World Economic Forum, understreger:"Ny teknologier fra de mest avancerede universiteter, som dem udviklet af professor Sivaniah i Kyoto, som adresserer både præstations- og omkostningsudfordringer i CCS, skal fremskyndes i retning af pilot- og implementeringsaktiviteter, da behovet for sådanne teknologiske gennembrud er det højeste, det nogensinde har været. Det er nøglen."

"Som de gamle mesopotamiere, Når vi stod over for nye krav, havde vi brug for nye revolutionære materialer, " forklarer Sivaniah. Gruppen, meget opmærksom på spørgsmål om overkommelighed, samt hastighed og selektivitet, henvendte sig til MOF'er. Disse er additiver i nanostørrelse, som er udviklet af den fremtrædende japanske videnskabsmand Susumu Kitagawa. Ved at inkorporere disse revolutionerende partikler i nanostørrelse i en avanceret polymer, PIM-1 oprindeligt opdaget i Manchester University af professorerne Peter Budd og Neil McKeown, det internationale team har formået at skabe mixed matrix membraner (MMM'er) med væsentlige selektivitetsforbedringer.

"Vi har i høj grad forbedret deres muligheder, hvilket betyder, at vi potentielt kan bringe enorme omkostningsreduktioner til store CCS-programmer. En tidoblet reduktion i store projektomkostninger er ikke utænkelig, hvilket meget vel kan bringe CCS-programmer tilbage inden for området for politisk accept".