211service.com
Kolavskiljning med nanorör
Membran tillverkade med kolnanorör kan minska mängden energi som behövs för att fånga upp koldioxidutsläpp från skorstenar, och därför minska kostnaderna, enligt ett företag som kommer att få 1 miljon dollar från den nya byrån för avancerade forskningsprojekt för energi, Arpa-e, att utveckla tekniken.
Företaget, Hayward, CA-baserat Porifera , hävdar att dess kol-nanorörmembran kan fånga upp en miljard till tre miljarder ton koldioxid om året och spara 10 miljarder dollar per år jämfört med befintlig CO2-avskiljningsteknik. Vid det här laget är arbetet dock i ett tidigt skede, säger Olgica Bakajin, Poriferas tekniska chef. Hon räknar med att det dröjer ytterligare ett år innan den första prototypen är klar.
Företaget hoppas kunna använda några speciella egenskaper hos nanorör för att fånga upp koldioxid. Membran för att fånga upp CO2 från skorstenar måste ha två funktioner. De måste vara selektiva och låta koldioxid passera och inte de andra avgaserna. Detta ger en koncentrerad ström av koldioxid som sedan kan komprimeras och lagras. Membranen måste också vara mycket permeabla – så att CO2 kan passera fritt för att minimera energin som behövs för att pumpa den.
Kolnanorörsmembran är särskilt bra för denna andra egenskap. Gaser kan röra sig genom det inre av nanorör extremt snabbt - med hastigheter 100 gånger så snabbt som genom konventionella membranmaterial, enligt experiment som Bakajin ledde vid Lawrence Livermore National Laboratory. Dessa resultat publicerades i tidskriften Science 2006. Som ett resultat skulle membran baserade på nanorör kräva mycket mindre energi än konventionella membran.
Utmaningen med kolnanorörsmembran är att selektivt transportera koldioxid och inte de andra gaserna i en skorsten. Detta är särskilt svårt eftersom huvudkomponenten i rökgasen, kväve har många egenskaper som är mycket lika CO2, säger Karl Johnson , professor i kemi- och petroleumteknik vid University of Pittsburgh. Ett sätt att välja koldioxid är att binda föreningar till ändarna av kolnanorören som kemiskt drar till sig koldioxid men inte andra gaser. Att locka till sig CO2 skulle skapa höga koncentrationer av det nära membranet, vilket ökar mängden koldioxid som transporteras igenom i förhållande till kvävet och andra rökgaser. Att fästa dessa föreningar är särskilt lätt eftersom ändarna av nanorör har öppna platser för bindning med sådana molekyler, säger Bakajin.
Bakajin säger att detta har prövats med mer konventionella membranmaterial, men att lägga till föreningar för att dra till sig koldioxid minskar permeabiliteten för dessa membran till den grad att de inte längre är praktiska. Den utomordentligt höga permeabiliteten hos kolnanorör kan hjälpa till med detta problem. Vi har mycket permeabilitet att förlora, säger hon. Om permeabiliteten sjunker lika mycket som med andra membranmaterial är vi fortfarande bra.
Hon säger att företaget har identifierat flera lovande kandidater för att modifiera nanorören, men säger att detaljerna är proprietära. Förutom att välja ett av dessa, säger hon, utarbetar företaget också hur man bäst tillverkar kolnanorörsmembranen, vilket inkluderar att bestämma vilket material som ska användas för att binda ihop nanorören och fungera som ett stödmaterial. Vissa har fördelar i tillverkningen, vissa är bättre strukturellt, vissa är mer motståndskraftiga mot tuffa miljöer, säger hon. Ju mer vi gör det, desto mer tänker vi på nya saker att testa.
Bruce Hinds , en professor i kemi vid University of Kentucky som också har visat den höga permeabiliteten hos nanorörsmembran, är inte övertygad om att kolinfångning är den bästa användningen för dessa membran, delvis på grund av utmaningen att göra kolnanorörsmembran selektiva för kol dioxid. Han börjar med farmaceutiska tillämpningar – som att använda membranen för att leverera läkemedel eller för att separera kemikalier under läkemedelstillverkning. Dessa kräver ingen storskalig tillverkning, vilket är bra, eftersom storskalig tillverkning av membranen inte har visats ännu. Läkemedelsapplikationerna kräver också högre priser, vilket möjliggör dyrare material.
Porifera söker också andra potentiella tillämpningar. Det nyligen meddelat finansiering från DARPA, forsknings- och utvecklingskontoret för det amerikanska försvarsdepartementet, för att producera bärbara avsaltningssystem för soldater. Kolnanorör kan transportera vätskor 1 000 gånger så snabbt som konventionella membran. Förutom att spara energi gör en sådan snabb transport det möjligt att använda mycket mindre membran, som är bättre lämpade för bärbara enheter.