Nếu các hệ thống thu giữ carbon khác hoạt động trong phòng thí nghiệm với CO2 tinh khiết từ bình điều áp thì chiếc lá nhân tạo của các kỹ sư Đại học Illinois Chicago lại hoạt động trong thế giới thực. Nó thu giữ CO2 từ các nguồn CO2 loãng hơn như không khí, khí thải do các nhà máy nhiệt điện than tạo ra, và thải chúng ra nhiên liệu và các vật liệu khác.
(Ảnh: Meenesh Singh)
“Hệ thống lá nhân tạo của chúng tôi có thể được triển khai bên ngoài phòng thí nghiệm, nơi nó có tiềm năng đóng vai trò đáng kể trong việc giảm khí nhà kính trong khí quyển nhờ tỷ lệ thu giữ carbon cao, chi phí tương đối thấp và năng lượng vừa phải so với loại tốt nhất Meenesh Singh, trợ lý giáo sư khoa kỹ thuật hóa học tại Trường Kỹ thuật thuộc Đại học Illinois Chicago (UIC) và là tác giả thứ hai của nghiên cứu cho biết. nghiên cứu, cho biết.
Sử dụng một khái niệm lý thuyết đã được nghiên cứu trước đó, các nhà khoa học đã sửa đổi một hệ thống lá nhân tạo tiêu chuẩn bằng các vật liệu rẻ tiền, bao gồm một gradient nước có một mặt khô và một mặt ướt xuyên qua nó. một màng tích điện.
Trên bề mặt khô, một dung môi hữu cơ liên kết với CO2 có sẵn tạo ra bicacbonat soda (NaHCO3, còn được gọi là muối nở) trên màng. Khi bicacbonat hình thành, các ion mang điện tích âm này bị kéo qua màng về phía điện cực tích điện dương trong dung dịch nước ở mặt ướt của màng. Dung dịch lỏng sẽ hòa tan bicarbonate trở lại thành CO2, vì vậy nó có thể được giải phóng và khai thác để làm nhiên liệu hoặc các mục đích sử dụng khác. Điện được sử dụng để tăng tốc độ di chuyển của bicacbonat qua màng.
Hệ thống lá nhân tạo thu CO2 gồm mặt ướt và mặt khô của các nhà khoa học UIC. Màu đỏ là nguyên tử cacbon, màu xanh lam là oxy, màu trắng là hydro (Ảnh: UIC)
Hệ thống lá nhân tạo được thiết kế nhỏ gọn để bạn có thể bỏ vào balo. Khi thử nghiệm hệ thống, các nhà khoa học của UIC nhận thấy rằng nó có thông lượng rất cao. Tốc độ thu giữ cacbon so với diện tích bề mặt yêu cầu của các phản ứng là 3,3 milimol / 4 cm2 trong một giờ. Con số này cao hơn 100 lần so với các hệ thống khác, mặc dù chỉ cần một lượng điện vừa phải (0,4 KJ / giờ) để cung cấp năng lượng cho phản ứng, ít năng lượng hơn để chạy một bóng đèn LED 1 watt. Theo tính toán, giá mỗi tấn CO2 là 145 USD, phù hợp với khuyến nghị của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ rằng chi phí không được vượt quá 200 USD / tấn.
“Điều đặc biệt thú vị là ứng dụng trong thế giới thực của lá nhân tạo chạy bằng điện thẩm phân công suất cao với diện tích bề mặt mô-đun nhỏ. Điều này có nghĩa là chúng tôi có thể xếp chồng các lá lên nhau, cộng hoặc trừ số mô-đun để đáp ứng tốt hơn nhu cầu và được sử dụng hợp lý trong gia đình và lớp học, không chỉ trong các tổ chức công nghiệp có lợi nhuận. Máy tạo độ ẩm gia đình nhỏ có thể loại bỏ hơn 1 kg CO2 mỗi ngày và 4 ngăn lọc thẩm tách điện công nghiệp có thể thu được hơn 300 kg CO2 mỗi giờ từ ống xả, “Singh chia sẻ.
Thẩm phân điện (ED) là quá trình cho dòng điện đi qua màng thẩm thấu để phân tách các phân tử trong dung dịch. Thẩm phân điện thường được sử dụng để khử muối trong nước mặn hoặc nước lợ.
Kết quả thí nghiệm và thiết kế lá nhân tạo của các nhà khoa học UIC vừa được công bố trên tạp chí khoa học quốc tế Energy & Environmental Science số ra tháng 1 năm nay (2022).
Tham khảo UIC Today
Tổng hợp: Công Nghệ Chính Nhân
