वातावरण से कार्बन डाइऑक्साइड को कुशलता से हटाने से अक्सर जलवायु परिवर्तन से निपटने के लिए एक महत्वपूर्ण आवश्यकता के रूप में देखा जाता है, लेकिन कार्बन डाइऑक्साइड को हटाने वाली प्रणालियां व्यापार-बंदों के अधीन हैं। क्या यौगिक सीओ को हटाने में प्रभावी हैं? एक बार कब्जा करने के बाद, यह हवा से आसानी से जारी नहीं किया जाएगा और सीओ के यौगिकों को छोड़ दिया जाएगा2 इसे प्रभावी ढंग से कैप्चर करना बहुत प्रभावी नहीं है। अनुकूलन चक्र का हिस्सा दूसरे को बदतर बनाने के लिए जाता है।
अब, नैनोस्केल फिल्टर झिल्ली का उपयोग करते हुए, मिथेव के शोधकर्ताओं ने एक सरल मध्यवर्ती कदम जोड़ा है जो चक्र के दोनों हिस्सों को सुविधाजनक बनाता है। वे कहते हैं कि नया दृष्टिकोण कार्बन डाइऑक्साइड कैप्चर और रिलीज़ दक्षता को छह गुना बढ़ा सकता है और लागत को कम से कम 20%तक कम कर सकता है।
नई खोज आज पत्रिका में बताई गई है एसीएस ऊर्जा सूचनाएमआईटी पीएचडी के छात्रों ने साइमन रियर, ताल जोसेफ और ज़ारा आमेर, और मैकेनिकल इंजीनियरिंग में एक प्रोफेसर, क्रिप वाराणसी के प्रोफेसरों के एक पेपर में।
“जब कार्बन कैप्चर की बात आती है, तो हमें शुरुआत से पैमाने पर विचार करने की आवश्यकता होती है, क्योंकि सीओ प्रसंस्करण का प्रसंस्करण होना सार्थक है2वाराणसी ने कहा। “इस मानसिकता के होने से हमें प्रमुख अड़चनें की पहचान करने और प्रभाव क्षमता के साथ अभिनव समाधानों को डिजाइन करने में मदद मिलती है। यह हमारे काम के पीछे ड्राइविंग बल है।”
कई कार्बन कैप्चर सिस्टम हाइड्रॉक्साइड्स नामक रसायनों के साथ काम करते हैं जो आसानी से कार्बन बनाने के लिए कार्बन डाइऑक्साइड से बांधते हैं। कार्बोनेट को इलेक्ट्रोकेमिकल कोशिकाओं को भेजा जाता है, जहां कार्बोनेट पानी बनाने के लिए एसिड के साथ प्रतिक्रिया करता है और कार्बन डाइऑक्साइड जारी करता है। यह प्रक्रिया केवल 400 भाग प्रति मिलियन कार्बन डाइऑक्साइड हो सकती है, और 100% शुद्ध कार्बन डाइऑक्साइड का उत्पादन करती है, जिसका उपयोग तब ईंधन या अन्य उत्पादों का उत्पादन करने के लिए किया जा सकता है।
दोनों कैप्चर और रिलीज़ स्टेप एक ही पानी-आधारित समाधान में चलते हैं, लेकिन पहले चरण में हाइड्रॉक्साइड आयनों की उच्च एकाग्रता के साथ एक समाधान की आवश्यकता होती है और दूसरे चरण के लिए एक उच्च कार्बोनेट आयन की आवश्यकता होती है। “आप इन दो चरणों के विरोधाभास में विभाजन देख सकते हैं,” वाराणसी ने कहा। “दो प्रणालियां एक ही adsorbent को आगे और पीछे प्रसारित कर रही हैं। वे सटीक समान तरल पर चलते हैं। हालांकि, चूंकि उन्हें बेहतर तरीके से संचालित करने के लिए दो अलग -अलग प्रकार के तरल पदार्थों की आवश्यकता होती है, इसलिए दोनों प्रणालियों को उनके सबसे कुशल बिंदु पर संचालित करना असंभव है।”
टीम का समाधान सिस्टम के दो भागों को हटाने और उनके बीच एक तीसरे भाग को पेश करना है। अनिवार्य रूप से, पहले चरण में हाइड्रॉक्साइड ज्यादातर रासायनिक रूप से कार्बोनेट में परिवर्तित हो जाता है, एक विशेष नैनोफिल्टर झिल्ली, और फिर आयनों को उनके आवेश के आधार पर समाधान में अलग किया जाता है। कार्बोनेट आयन का प्रभार 2 है, जबकि हाइड्रॉक्साइड आयन का प्रभार 1 है।
एक बार अलग होने के बाद, हाइड्रॉक्साइड आयन सिस्टम के अवशोषित पक्ष में लौटते हैं, जबकि कार्बोनेट को इलेक्ट्रोकेमिकल रिलीज चरण में भेजा जाता है। इस तरह, सिस्टम के दोनों छोर उनकी अधिक कुशल सीमा के भीतर काम कर सकते हैं। वाराणसी बताते हैं कि इलेक्ट्रोकेमिकल रिलीज़ स्टेप के दौरान, कार्बोनेट में प्रोटॉन को कार्बोनेट में जोड़ा जा रहा है ताकि कार्बन डाइऑक्साइड और पानी में रूपांतरण हो, लेकिन अगर हाइड्रॉक्साइड आयन भी मौजूद हैं, तो प्रोटॉन इन आयनों के साथ प्रतिक्रिया करेंगे और केवल पानी का उत्पादन करेंगे।
“यदि आप इन हाइड्रॉक्साइड को कार्बोनेट से अलग नहीं करते हैं, तो जिस तरह से सिस्टम विफल हो जाता है, वह यह है कि आप कार्बोनेट के बजाय हाइड्रॉक्साइड में प्रोटॉन जोड़ते हैं, इसलिए आप कार्बन डाइऑक्साइड निकालने के बजाय सिर्फ पानी बना रहे हैं। यह वह जगह है जहां दक्षता खो जाती है। यह वह जगह है जहां यह खो गया है। हमें पहले कुछ भी नहीं पता था कि हम कुछ भी नहीं जानते थे।”
परीक्षणों से पता चलता है कि नैनोफिल्ट्रेशन कार्बोनेट को हाइड्रॉक्साइड समाधानों से लगभग 95% दक्षता पर अलग कर सकता है, इस प्रकार यथार्थवादी परिस्थितियों में अवधारणा को मान्य कर सकता है, रुफर ने कहा। अगला कदम प्रक्रिया की समग्र दक्षता और अर्थशास्त्र पर इसका प्रभाव का मूल्यांकन करना है। उन्होंने एक तकनीकी-आर्थिक मॉडल बनाया जो इलेक्ट्रोकेमिकल दक्षता, वोल्टेज, अवशोषण दर, पूंजी लागत, नैनोफिल्ट्रेशन दक्षता और अन्य कारकों को जोड़ती है।
विश्लेषण से पता चलता है कि वर्तमान प्रणाली की लागत CO2 कैप्चर के कम से कम $ 600 प्रति टन है, जबकि नैनोफिल्ट्रेशन घटकों को जोड़ा जाता है, लगभग $ 450 प्रति टन तक। इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि नई प्रणाली अधिक स्थिर है और समाधान में आयन एकाग्रता में परिवर्तन के तहत भी उच्च दक्षता पर काम करना जारी रखता है। “नैनोफिल्ट्रेशन के बिना पुराने सिस्टम में, आप चाकू के किनारे पर चलते हैं,” रुफर ने कहा। यदि एकाग्रता एक दिशा में या दूसरे में थोड़ा बदल जाती है, तो दक्षता तेजी से गिरती है। “लेकिन हमारे नैनोफिल्ट्रेशन सिस्टम के साथ, यह एक बफर के रूप में कार्य कर सकता है, जिससे यह अधिक क्षमा हो जाता है। आपका ऑपरेटिंग सिस्टम व्यापक है और आप काफी कम लागत तक पहुंच सकते हैं।”
उन्होंने कहा कि इस दृष्टिकोण को न केवल सीधे वायु कैप्चर सिस्टम के लिए लागू किया जा सकता है, जो वे विशेषज्ञ करते हैं, बल्कि पावर प्लांट उत्सर्जन स्रोतों से सीधे जुड़े सिस्टम को इंगित करने के लिए, या उन्हें ईंधन या रसायनों जैसे उपयोगी उत्पादों में परिवर्तित करने के लिए, जैसे कि बिजली संयंत्रों से उत्सर्जन, या उन्हें उपयोगी उत्पादों में परिवर्तित करने के लिए। इन रूपांतरण प्रक्रियाओं, उन्होंने कहा, “इस कार्बोनेट और हाइड्रॉक्साइड ट्रेड-ऑफ में भी अड़चनें हैं।”
इसके अतिरिक्त, प्रौद्योगिकी कार्बन कैप्चर के लिए सुरक्षित वैकल्पिक रासायनिक आवंटन को जन्म दे सकती है, वाराणसी ने कहा। “इनमें से कई अवशोषक कभी -कभी विषाक्त हो सकते हैं या पर्यावरण को नुकसान पहुंचा सकते हैं। हमारी जैसी प्रणाली का उपयोग करके, आप प्रतिक्रिया दर बढ़ा सकते हैं, इसलिए आप एक रासायनिक प्रभाव चुन सकते हैं जो पहले स्थान पर सबसे अच्छी अवशोषण दर नहीं हो सकता है लेकिन सुरक्षा में सुधार कर सकता है।”
वाराणसी ने कहा, “यह वास्तव में कुछ ऐसा है जिसे हम व्यावसायिक रूप से उपलब्ध कर सकते हैं,” यदि शुल्क को और अधिक $ 200 प्रति टन तक कम किया जा सकता है, तो व्यापक रूप से गोद लेना संभव हो सकता है। चल रहे काम के साथ, उन्होंने कहा, “हमें विश्वास है कि हमारे पास कुछ ऐसा है जो आर्थिक रूप से व्यवहार्य हो सकता है”, जो अंततः मूल्यवान और स्वादिष्ट उत्पादों का उत्पादन करेगा।
Rufer नोट करता है कि आज भी, “लोग $ 500 प्रति टन से अधिक के लिए कार्बन क्रेडिट खरीद रहे हैं। इसलिए इस शुल्क के साथ, हम उम्मीद करते हैं कि यह व्यावसायिक रूप से व्यवहार्य होगा क्योंकि कुछ खरीदार उस कीमत का भुगतान करने के लिए तैयार हैं।” लेकिन कीमत को और कम करके, इससे क्रेडिट खरीदने पर विचार करने वाले खरीदारों की संख्या बढ़नी चाहिए। “यह सिर्फ एक सवाल है जो हम कर सकते हैं।” वाराणसी इस बढ़ती बाजार की मांग को मान्यता देता है, “हमारा लक्ष्य उन उद्योगों को प्रदान करना है जो स्केलेबल, लागत प्रभावी और विश्वसनीय प्रौद्योगिकियां और सिस्टम हैं जो उन्हें सीधे अपने डिकर्बोइजेशन लक्ष्यों को पूरा करने में सक्षम बनाते हैं।”
अनुसंधान को शेल इंटरनेशनल एक्सप्लोरेशन एंड प्रोडक्शन कंपनी द्वारा, MIT एनर्जी इनिशिएटिव और नेशनल साइंस फाउंडेशन के माध्यम से समर्थित किया गया था, और MIT.NANO सुविधा का उपयोग किया।