이 간단한 물질은 발전소 굴뚝에서 이산화탄소를 제거할 수 있습니다. 쉽게 합성되는 화학 필터는 온실 가스가 대기에 도달하는 것을 막을 수 있습니다. 날짜: 2022년 11월 2일 원천: 국립 표준 기술 연구소(NIST) 요약: 석탄 화력 발전소의 굴뚝에서 나오는 다른 가스로부터 이산화탄소를 간단한 물질로 분리할 수 있습니다. 그것은 다른 제안된 탄소 여과 재료가 가지고 있는 단점이 없으며 단순성, 전반적인 안정성 및 준비 용이성에서 디자이너 화합물에 필적합니다.
온실 가스인 이산화탄소가 대기에 도달하기 전에 화석 연료 발전소 배기 가스에서 어떻게 제거할 수 있습니까? 새로운 발견은 NIST(National Institute of Standards and Technology)에서 분석한 간단하고 경제적이며 잠재적으로 재사용 가능한 재료에 유망한 대답이 있음을 시사합니다. 여러 기관의 과학자들이 이 재료가 잘 작동하는 이유를 결정했습니다.
연구팀의 연구 대상은 금속-유기 골격체(MOF)라고 불리는 물질 종류 중 하나인 포름산알루미늄입니다. 그룹으로서 MOF는 유기 물질(종종 화석 연료의 다양한 탄화수소)을 서로 필터링하고 분리하는 데 큰 잠재력을 보여 왔습니다. 일부 MOF는 천연 가스를 정제하거나 휘발유의 옥탄 성분을 분리하는 데 유망한 것으로 나타났습니다. 다른 것들은 플라스틱 제조 비용을 줄이거나 한 물질을 다른 물질로 저렴하게 변환하는 데 기여할 수 있습니다. 이러한 분리를 수행할 수 있는 능력은 본질적으로 다공성 특성에서 비롯됩니다.
과학자들이 ALF라고 부르는 포름산알루미늄 은 일반적으로 석탄 화력 발전소의 굴뚝에서 나오는 다른 가스에서 이산화탄소(CO 2 )를 분리하는 능력이 있습니다. 이것은 또한 제안된 다른 탄소 여과 재료가 가지고 있는 단점이 없다고 NIST의 Hayden Evans는 동료 검토 저널인 Science Advances에 오늘 발표한 팀 연구 논문의 주요 저자 중 한 명이라고 말했습니다.
NIST Center for Neutron의 화학자 Evans는 " 이 작업을 흥미롭게 만드는 것은 ALF가 다른 고성능 CO 2 흡착제에 비해 정말 잘 수행되지만 단순성, 전반적인 안정성 및 준비 용이성에서 디자이너 화합물과 경쟁한다는 것"이라고 말했습니다. 연구(NCNR). "쉽고 풍부하게 발견되는 두 가지 물질로 구성되어 있으므로 널리 사용할 수 있는 ALF를 매우 낮은 비용으로 충분히 만들 수 있어야 합니다."
연구팀에는 싱가포르 국립 대학교의 과학자들이 포함되어 있습니다. 싱가포르 과학기술연구청; 델라웨어 대학교; 캘리포니아 대학교, 산타 바바라.
석탄 화력 발전소는 전 세계 CO 2 배출량의 약 30%를 차지합니다. 전 세계가 온실 가스를 생성하지 않는 태양광 및 풍력과 같은 다른 에너지원을 받아들이더라도 기존 발전소의 탄소 배출을 줄이는 방법을 찾으면 운영을 계속하는 동안 그 영향을 완화하는 데 도움이 될 수 있습니다.
대기에 도달하기 전에 연도 가스에서 CO 2 를 스크러빙하는 것은 논리적인 접근 방식이지만 효과적인 스크러버를 만드는 것은 어려운 일임이 입증되었습니다. 석탄 화력 발전소의 굴뚝 위로 흐르는 가스 혼합물은 일반적으로 매우 뜨겁고 습하며 부식성이 있습니다. 이러한 특성으로 인해 작업을 효율적으로 수행할 수 있는 경제적인 재료를 찾기가 어렵습니다. 일부 다른 MOF는 잘 작동하지만 값비싼 재료로 만들어집니다. 다른 것들은 그 자체로는 비용이 적게 들지만 건조한 상태에서만 적절하게 작동하므로 가스 습도를 낮추는 "건조 단계"가 필요하지만 스크러빙 공정의 전체 비용은 증가합니다.
Evans는 "모두 합치면 일종의 경이로운 재료가 필요합니다."라고 말했습니다. "여기에서 우리는 매우 습한 조건에서 안정성을 제외한 모든 상자를 체크할 수 있었습니다. 그러나 ALF를 사용하면 건조 단계가 실행 가능한 옵션이 될 만큼 충분히 저렴할 것입니다."
ALF는 시장에서 풍부하고 쉽게 구할 수 있는 두 가지 화학물질인 수산화알루미늄과 포름산으로 만들어집니다. 에반스는 비슷한 성능을 가진 다른 재료보다 최대 100배 저렴한 킬로그램당 1달러 미만의 비용이 든다고 말했다. 단일 공장에서 탄소를 포집하려면 최대 수만 톤의 여과재가 필요할 수 있기 때문에 저렴한 비용이 중요합니다. 전 세계에 필요한 양은 엄청날 것입니다.
미세한 규모에서 ALF는 수많은 작은 구멍이 있는 3차원 와이어 케이지와 유사합니다. 이 구멍은 CO 2 분자가 들어가 갇힐 수 있을 만큼 크지만 연도 가스의 대부분을 구성하는 약간 더 큰 질소 분자를 배제할 수 있을 만큼 작습니다. NCNR에서의 중성자 회절 작업은 재료의 개별 케이지가 어떻게 CO 2 로 수집되고 채워지는지를 팀에 보여 주었고 가스 분자가 장갑 속의 손처럼 ALF 내의 특정 케이지 내부에 들어맞는다는 것을 보여주었다고 Evans는 말했습니다.
잠재력에도 불구하고 ALF는 즉시 사용할 준비가 되어 있지 않습니다. 엔지니어는 ALF를 대규모로 생성하는 절차를 설계해야 합니다. 석탄 화력 발전소는 연도 가스를 세정하기 전에 연도 가스의 습도를 낮추기 위한 호환 공정도 필요합니다. Evans는 이러한 문제를 해결하는 방법에 대해 많은 것을 이미 이해했으며 ALF 사용 비용을 엄청나게 만들지 않을 것이라고 말했습니다.
나중에 CO 2 로 무엇을 할 것인지 도 주요 질문이지만 이것은 모든 탄소 포집 재료에 대한 문제라고 그는 말했습니다. 자연적으로 발생하는 유기 물질일 뿐만 아니라 ALF의 두 가지 성분 중 하나인 포름산으로 전환하기 위한 연구가 진행 중입니다. 여기서 아이디어는 ALF가 배기 스트림에서 CO 2 를 제거 하고 포획된 CO 2 를 사용하여 더 많은 포름산을 생성하는 순환 프로세스의 일부가 될 수 있다는 것입니다. 이 포름산은 더 많은 ALF를 만드는 데 사용되어 재료 주기의 전반적인 영향과 비용을 더욱 줄입니다.
Evans 는 " 포집된 모든 CO2로 무엇을 해야 하는지에 대한 문제에 대해 현재 많은 연구가 진행되고 있습니다 ."라고 말했습니다. "우리는 결국 태양 에너지를 사용하여 물에서 수소를 분리한 다음 그 수소를 CO2와 결합 하여 더 많은 포름산을 만들 수 있을 것 같습니다. ALF와 결합하면 지구에 도움이 되는 솔루션입니다. "