At omdanne emissioner til brændstof - metoden omdanner kuldioxid til nyttige forbindelser

MIT-forskere har udviklet et nyt system, der potentielt kan bruges til at konvertere kraftværkers emissioner af kuldioxid til nyttige brændstoffer til biler, lastbiler, og fly, samt til kemiske råvarer til en lang række produkter.

Det nye membranbaserede system er udviklet af MIT postdoc Xiao-Yu Wu og Ahmed Ghoniem, Ronald C. Crane professor i maskinteknik, og er beskrevet i et papir i journalen ChemSusChem . Membranen, lavet af en forbindelse af lanthan, kalk, og jernoxid, lader ilt fra en strøm af kuldioxid migrere gennem til den anden side, efterlader kulilte. Andre forbindelser, kendt som blandede ioniske elektroniske ledere, er også under overvejelse i deres laboratorium til brug i flere applikationer, herunder ilt- og brintproduktion.

Kulilte produceret under denne proces kan bruges som brændstof alene eller kombineret med brint og/eller vand til fremstilling af mange andre flydende kulbrintebrændstoffer samt kemikalier, herunder methanol (bruges som brændstof til biler), syngas, og så videre. Ghoniems laboratorium undersøger nogle af disse muligheder. Denne proces kan blive en del af pakken af ​​teknologier kendt som kulstoffangst, udnyttelse, og opbevaring, eller CCUS, som, hvis det anvendes til elproduktion, kan reducere virkningen af ​​fossilt brændstof på den globale opvarmning.

Membranen, med en struktur kendt som perovskit, er "100 procent selektiv for ilt, "tillader kun disse atomer at passere, Wu forklarer. Adskillelsen er drevet af temperaturer på op til 990 grader Celsius, og nøglen til at få processen til at fungere er at holde ilten, der adskilles fra kuldioxid, strømme gennem membranen, indtil den når den anden side. Dette kunne gøres ved at skabe et vakuum på siden af ​​membranen modsat kuldioxidstrømmen, men det ville kræve meget energi at vedligeholde.

I stedet for et vakuum, forskerne bruger en strøm af brændstof som brint eller metan. Disse materialer oxideres så let, at de faktisk vil trække iltatomerne gennem membranen uden at kræve en trykforskel. Membranen forhindrer også ilten i at migrere tilbage og rekombinere med kulilte, at danne kuldioxid igen. Ultimativt, og afhængigt af applikationen, en kombination af noget vakuum og noget brændstof kan bruges til at reducere den energi, der kræves for at drive processen og producere et nyttigt produkt.

Den energi, der skal til for at holde processen i gang, Wu siger, er varme, som kunne leveres af solenergi eller af spildvarme, hvoraf nogle kunne komme fra selve kraftværket og nogle fra andre kilder. I det væsentlige, processen gør det muligt at lagre denne varme i kemisk form, til brug, når det er nødvendigt. Kemisk energilagring har meget høj energitæthed - mængden af ​​energi lagret for en given vægt af materiale - sammenlignet med mange andre lagringsformer.

På dette tidspunkt, Wu siger, han og Ghoniem har vist, at processen virker. Igangværende forskning undersøger, hvordan man kan øge oxygenstrømningshastighederne over membranen, måske ved at ændre det materiale, der bruges til at bygge membranen, ændring af overfladernes geometri, eller tilføjelse af katalysatormaterialer på overfladerne. Forskerne arbejder også på at integrere membranen i arbejdsreaktorer og koble reaktoren til brændstofproduktionssystemet. De undersøger, hvordan denne metode kan skaleres op, og hvordan den kan sammenlignes med andre tilgange til at opfange og konvertere kuldioxidemissioner, hvad angår både omkostninger og effekter på den samlede kraftværksdrift.

I et naturgaskraftværk, som Ghoniems gruppe og andre tidligere har arbejdet på, Wu siger, at den indkommende naturgas kan opdeles i to strømme, en, der ville blive brændt for at generere elektricitet, mens den producerede en ren strøm af kuldioxid, mens den anden strøm ville gå til brændstofsiden af ​​det nye membransystem, tilvejebringer den oxygen-reagerende brændstofkilde. Den strøm ville producere et andet output fra anlægget, en blanding af brint og carbonmonoxid kendt som syngas, som er et meget brugt industrielt brændstof og råmateriale. Syngassen kan også tilføjes til det eksisterende naturgasdistributionsnet.

Metoden kan således ikke kun reducere drivhusudledningen; det kunne også producere en anden potentiel indtægtsstrøm for at hjælpe med at dække sine omkostninger.

Processen kan arbejde med ethvert niveau af kuldioxidkoncentration, Wu siger – de har testet det hele vejen fra 2 procent til 99 procent – ​​men jo højere koncentrationen er, jo mere effektiv er processen. Så, den er velegnet til den koncentrerede udgangsstrøm fra konventionelle kraftværker, der brænder fossilt brændstof, eller dem, der er designet til kulstoffangst, såsom oxyforbrændingsanlæg.