211service.com
Kulstoffangst med nanorør
Membraner lavet med kulstof-nanorør kan reducere mængden af energi, der er nødvendig for at opfange kuldioxid-emissioner fra skorstene, og derfor reducere omkostningerne, ifølge en virksomhed, der vil modtage $1 million fra det nye avancerede forskningsprojektagentur for energi, Arpa-e, at udvikle teknologien.
Virksomheden, Hayward, CA-baseret Porifera , hævder, at dens kulstof-nanorør-membraner kunne opfange en milliard til tre milliarder tons kuldioxid om året og spare 10 milliarder dollars om året sammenlignet med eksisterende CO2-opsamlingsteknologi. På dette tidspunkt er arbejdet dog på et tidligt tidspunkt, siger Olgica Bakajin, Poriferas teknologichef. Hun forventer, at der går endnu et år, før den første prototype er klar.
Virksomheden håber at gøre brug af nogle ejendommelige egenskaber ved nanorør til at fange kuldioxid. Membraner til at opfange CO2 fra skorstene skal have to funktioner. De skal være selektive, så kuldioxid kan passere igennem og ikke de andre udstødningsgasser. Dette producerer en koncentreret strøm af kuldioxid, som derefter kan komprimeres og opbevares. Membranerne skal også være meget permeable - så CO2 kan passere frit igennem for at minimere den nødvendige energi til at pumpe den.
Carbon nanorør-membraner er særligt gode til denne anden egenskab. Gasser kan bevæge sig gennem det indre af nanorør ekstremt hurtigt - med hastigheder 100 gange så hurtigt som gennem konventionelle membranmaterialer, ifølge eksperimenter, som Bakajin ledede ved Lawrence Livermore National Laboratory. Disse resultater blev offentliggjort i tidsskriftet Science i 2006. Som følge heraf ville membraner baseret på nanorør kræve langt mindre energi end konventionelle membraner.
Udfordringen med kulstofnanorørmembraner er selektiv transport af kuldioxid og ikke de andre gasser i en skorsten. Dette er især svært, fordi hovedbestanddelen af røggassen, nitrogen, har mange egenskaber, der minder meget om CO2, siger Karl Johnson , professor i kemi- og petroleumsteknik ved University of Pittsburgh. En tilgang til at vælge kuldioxid er at binde forbindelser til enderne af kulstofnanorørene, der kemisk tiltrækker kuldioxid, men ikke andre gasser. Tiltrækning af CO2 ville skabe høje koncentrationer af det nær membranen, hvilket øger mængden af kuldioxid, der bliver transporteret igennem i forhold til nitrogen og andre røggasser. At fastgøre disse forbindelser er særligt let, fordi enderne af nanorør har åbne steder til binding med sådanne molekyler, siger Bakajin.
Bakajin siger, at dette er blevet prøvet med mere konventionelle membranmaterialer, men at tilføje forbindelser til at tiltrække kuldioxid reducerer permeabiliteten af disse membraner til det punkt, at de ikke længere er praktiske. Den ekstraordinært høje permeabilitet af kulstofnanorør kunne hjælpe med dette problem. Vi har meget permeabilitet at miste, siger hun. Hvis permeabiliteten falder lige så meget som med andre membranmaterialer, har vi det stadig godt.
Hun siger, at virksomheden har identificeret flere lovende kandidater til at modificere nanorørene, men siger, at detaljerne er proprietære. Ud over at vælge en af disse, siger hun, er virksomheden også ved at finde ud af, hvordan man bedst fremstiller kulstof-nanorørmembranerne, hvilket inkluderer at beslutte, hvilket materiale der skal bruges til at binde nanorørene sammen og tjene som støttemateriale. Nogle har fordele i fremstillingen, nogle er bedre strukturelt, nogle er mere modstandsdygtige over for barske miljøer, siger hun. Jo mere vi gør det, jo mere tænker vi på nye ting at prøve.
Bruce Hinds , en professor i kemi ved University of Kentucky, som også har demonstreret den høje permeabilitet af nanorørmembraner, er ikke overbevist om, at kulstoffangst er den bedste brug for disse membraner, delvist på grund af udfordringen med at gøre kulstof nanorørsmembraner selektive for kulstof dioxid. Han starter med farmaceutiske applikationer - såsom at bruge membranerne til at levere lægemidler eller til at adskille kemikalier under lægemiddelfremstilling. Disse kræver ikke storskalafremstilling, hvilket er godt, da storskalafremstilling af membranerne endnu ikke er påvist. Lægemiddelapplikationerne kræver også højere priser, hvilket giver mulighed for dyrere materialer.
Porifera forfølger også andre potentielle applikationer. Det for nylig annonceret finansiering fra DARPA, forsknings- og udviklingskontoret for det amerikanske forsvarsministerium, til fremstilling af bærbare afsaltningssystemer til soldater. Carbon nanorør kan transportere væsker 1.000 gange så hurtigt som konventionelle membraner. Ud over at spare energi gør en sådan hurtig transport det muligt at bruge meget mindre membraner, som er bedre egnet til bærbare enheder.