Jurutera kimia MIT telah membangunkan kaedah penangkapan karbon berhaba rendah yang boleh menjadikannya lebih murah dan mudah bagi kilang untuk memerangkap pelepasan mereka. Pendekatan ini menggunakan bahan tambahan kimia biasa untuk meningkatkan kecekapan dan beroperasi menggunakan haba buangan atau cahaya matahari.
Sekumpulan jurutera kimia MIT telah mendedahkan kelainan mudah pada teknologi penangkapan karbon sedia ada yang boleh menjadikannya jauh lebih murah dan lebih mudah bagi kilang untuk memerangkap pelepasan pemanasan iklim mereka.
Dengan menambahkan bahan kimia makmal biasa kepada larutan penangkapan standard, para penyelidik mendapati ia boleh menyerap lebih banyak karbon dioksida pada suhu bilik dan kemudian melepaskannya hanya menggunakan haba ringan. Langkah suhu rendah itu adalah kunci, kerana ia membuka pintu untuk menjalankan sistem penangkapan karbon pada haba buangan daripada loji perindustrian atau tenaga solar, dan bukannya membakar bahan api tambahan.
Hari ini, penangkapan dan penyimpanan karbon hanya menyumbang sebahagian kecil daripada pengurangan pelepasan global. Namun, ia dilihat secara meluas sebagai salah satu daripada beberapa alat yang tersedia untuk mengurangkan pencemaran daripada industri yang sukar dinyahkarbonkan seperti simen, keluli, baja dan petrokimia.
Pendekatan MIT yang baharu menyasarkan tepat pada halangan terbesar: kos.
Sistem konvensional biasanya menggunakan bahan kimia yang dipanggil amina, yang menyerap karbon dioksida daripada gas ekzos. Setelah larutan tepu, ia mesti dipanaskan sehingga lebih daripada 120 darjah Celsius (kira-kira 248 darjah Fahrenheit) untuk melepaskan aliran karbon dioksida tulen dan menjana semula pelarut. Langkah suhu tinggi itu sangat intensif tenaga dan mahal.
Pasukan MIT sebaliknya menumpukan pada larutan karbonat, yang murah, tersedia secara meluas dan juga mampu menangkap karbon dioksida berasid. Cabaran mereka ialah apabila karbon dioksida larut ke dalam larutan ini, ia dengan cepat menurunkan pH, atau tahap keasidan, dan mengehadkan dengan ketara berapa banyak lagi gas yang boleh diserap.
Untuk mengatasi masalah itu, para penyelidik menambah sebatian yang dikenali sebagai tris — singkatan untuk tris(hidroksimetil)aminometana — yang telah pun digunakan dalam eksperimen makmal, beberapa kosmetik dan vaksin mRNA COVID-19. Tris bertindak sebagai penimbal pH, membantu larutan tersebut menahan perubahan keasidan.
Dalam campuran karbonat, tris bercas positif mengimbangi ion bikarbonat bercas negatif yang terbentuk apabila karbon dioksida diserap. Ini menstabilkan pH dan membolehkan larutan menyerap kira-kira tiga kali ganda karbon dioksida berbanding karbonat sahaja.
Bahan tambahan yang sama juga memudahkan pengeluaran karbon dioksida semula.
Tris sangat sensitif terhadap suhu. Apabila larutan yang mengandungi karbon dipanaskan hanya pada suhu kira-kira 60 darjah Celsius (140 darjah Fahrenheit), tris melepaskan proton dengan cepat, pH menurun dan karbon dioksida yang ditangkap keluar sebagai aliran gas pekat.
"Pada suhu bilik, larutan itu boleh menyerap lebih banyak CO22, dan dengan pemanasan ringan ia boleh melepaskan CO2"... Terdapat perubahan pH serta-merta apabila kita memanaskan larutan sedikit," kata penulis utama Youhong (Nancy) Guo, bekas penyelidik pasca doktoral MIT yang kini merupakan penolong profesor sains fizikal gunaan di Universiti North Carolina di Chapel Hill, dalam satu siaran berita.
Suhu regenerasi yang agak rendah itu merupakan peningkatan yang dramatik berbanding sistem berasaskan amina konvensional. Ini bermakna proses ini boleh dikuasakan oleh haba gred rendah yang banyak dibazirkan oleh kemudahan perindustrian pada masa ini, atau oleh elektrik dan tenaga haba solar, dan bukannya pembakar bahan api fosil khusus.
Untuk menunjukkan bahawa konsep itu boleh berfungsi dalam amalan, pasukan itu membina reaktor aliran berterusan yang meniru bagaimana sistem perindustrian sebenar akan beroperasi.
Dalam persediaannya, gas ekzos yang mengandungi karbon dioksida mula-mula digelembungkan melalui takungan yang diisi dengan larutan karbonat-tris, yang menyerap gas tersebut. Cecair tersebut kemudiannya dipam ke dalam modul regenerasi, di mana ia dipanaskan hingga kira-kira 60 darjah Celsius. Haba tersebut mencetuskan anjakan pH dan melepaskan aliran karbon dioksida tulen. Selepas itu, larutan yang disejukkan dikitar semula ke tangki pertama untuk menangkap lebih banyak gas.
Oleh kerana proses ini menggunakan jenis peralatan standard dan hanya menukar satu penyelesaian dengan yang lain, para penyelidik mengatakan ia sepatutnya agak mudah untuk diubah suai ke dalam loji sedia ada.
"Ia sesuatu yang boleh dilaksanakan hampir serta-merta dalam jenis peralatan yang agak standard," tambah penulis kanan T. Alan Hatton, Profesor Amalan Kejuruteraan Kimia Ralph Landau di MIT.
Hatton menekankan bahawa reka bentuk itu bertujuan untuk menjadi peningkatan praktikal, bukan baik pulih sepenuhnya tentang cara kilang mengendalikan pelepasan mereka.
"Salah satu perkara yang menarik tentang ini ialah kesederhanaannya, dari segi reka bentuk keseluruhan. Ia merupakan pendekatan serta-merta yang membolehkan anda beralih daripada satu jenis penyelesaian kepada penyelesaian yang lain dengan mudah," katanya.
Setelah ditangkap, karbon dioksida boleh dikendalikan dalam beberapa cara. Sebahagian kecil boleh ditukar menjadi produk yang berguna, seperti bahan api, bahan binaan atau bahan kimia. Tetapi Hatton menyatakan bahawa laluan ini mempunyai had.
"Anda hanya boleh menggunakan sebahagian kecil daripada CO2 yang ditangkap2 untuk menghasilkan bahan kimia sebelum anda menepu pasaran,” katanya.
Atas sebab itu, kebanyakan karbon dioksida yang ditangkap daripada sumber perindustrian besar dijangka akan dimampatkan dan disuntik jauh di bawah tanah ke dalam formasi geologi, di mana ia boleh disimpan dalam jangka masa panjang.
Kerja MIT tidak mengubah realiti itu, tetapi ia boleh menjadikan langkah pertama — memisahkan karbon dioksida daripada aliran ekzos — jauh lebih berpatutan dan fleksibel. Mengurangkan permintaan tenaga juga mengurangkan risiko sistem penangkapan karbon akan membatalkan manfaat iklim mereka sendiri dengan membakar bahan api tambahan.
Di luar penemuan awal ini, Guo kini sedang meneroka sama ada bahan tambahan lain boleh mempercepatkan lagi seberapa cepat larutan itu menyerap karbon dioksida, yang berpotensi mengecilkan saiz peralatan yang diperlukan untuk kilang tertentu.
Penyelidikan, diterbitkan dalam jurnal Nature Chemical Engineering, telah dijalankan di bawah rangka kerja penyelidikan MIT-Eni, yang menyokong kerja-kerja teknologi tenaga rendah karbon.
Ketika kerajaan dan industri berlumba-lumba untuk memenuhi sasaran iklim, inovasi seperti ini mengetengahkan tema utama: kadangkala, keuntungan besar bukan datang daripada jentera baharu yang eksotik, tetapi daripada kimia pintar yang membolehkan sistem sedia ada berfungsi dengan cara yang lebih bersih dan lebih ramping.
sumber: Institut Teknologi Massachusetts