Omkring 2800 f.Kr. de gamla invånarna i Ur, Mesopotamien gjorde en upptäckt som skulle förändra civilisationen. De lärde sig att om de blandade koppar och tenn till en legering, det nya kompositmaterialet var starkare, mer användbar, och mer värdefull än något konstgjort ämne hittills. Det gav sitt namn till hela den tid det revolutionerade. Brons.
Mer än 4000 år senare, i en studie publicerad i Naturenergi den här månaden, forskare från Kyoto University's Institute for Integrated Cell-Material Sciences (iCeMS), Londons Imperial College och City University of Hong Kong, avslöja hur de använder denna urgamla metod för att utveckla liknande revolutionerande nya material som kommer att lösa ett av de enorma problemen som påverkar 2000-talet:hur man fångar upp och lagrar koldioxid.
"Det är lätt att förbise problemets kolossala omfattning, " förklarar professor Easan Sivaniah, som ledde studien för att utveckla Mixed Matrix Membranes (MMMs), de högkonstruerade tunna polymer superfiltren som potentiellt kommer att revolutionera tekniken för avskiljning och lagring av koldioxid (CCS). De största koleldade kraftverken kan släppa ut tillräckligt med koldioxid på en enda dag för att fylla den stora pyramiden i Giza 12 gånger. Och det finns över fem tusen stora fossilbränslebaserade kraftverk, i genomsnitt cirka 500 megawatt effekt, verkar globalt och fler kommer online. Att det är en fenomenal volym växthusgaser att separera och lagra.
"Hittills har polymermembranteknologier för gasseparationsapplikationer inte klarat uppgiften, " säger Sivaniah. Antingen är de för långsamma, eller som tidningen avslöjar, i fallet med polymerer med hög permeabilitet, de genererar sällan tillräcklig "selektivitet" - förmågan att separera gaser - för energieffektiv CO2-avskiljning. Detta har stora kostnadskonsekvenser för implementering av membranteknologier i storskaliga kolavskiljningsprojekt.
Där ligger rubbet. I en studie publicerad 2016 i Naturenergi , David M. Rainer från Judge Business School vid University of Cambridge, visade hur den stora majoriteten av CCS-demonstrationsprojekten på miljarddollar initierades i Nordamerika, Europeiska unionen och Australien under CCS-optimismens storhetstid 2005–2009 låg i praktiken i ruiner.
"För att CCS ska börja spela en större roll i verkligheten snarare än bara i modellerna för framtida utbyggnad, " avslutar Rainer, "det är absolut nödvändigt att börja särskilja mer och mindre kostsamma teknologier [om] CCS ska komma ur sin egen Dödsdal".
Prof. Tatsuo Masuda, den tidigare projektledaren för "The Carbon Management Coalition (CMC)", ett initiativ från Global Agenda Council on Decarbonizing Energy under World Economic Forum, betonar:"Ny teknologi från de mest avancerade universiteten, som de som utvecklats av professor Sivaniah i Kyoto, som hanterar både prestanda- och kostnadsutmaningar inom CCS, måste påskyndas mot pilot- och genomförandeaktiviteter, eftersom behovet av sådana tekniska genombrott är det högsta någonsin. Det är nyckeln."
"Som de gamla mesopotamierna, när vi ställdes inför nya krav behövde vi nya revolutionerande material, " förklarar Sivaniah. Gruppen, mycket medveten om frågor om överkomliga priser, samt hastighet och selektivitet, vände sig till MOF. Dessa är tillsatserna i nanostorlek som utvecklats av den framstående japanska forskaren Susumu Kitagawa. Att införliva dessa revolutionerande nanostora partiklar i en toppmodern polymer, PIM-1 upptäcktes ursprungligen i Manchester University av professorerna Peter Budd och Neil McKeown, det internationella teamet har lyckats skapa MMM (mixed matrix membranes) med betydande selektivitetsförbättringar.
"Vi har avsevärt förbättrat deras kapacitet, vilket innebär att vi potentiellt kan åstadkomma enorma kostnadsminskningar för storskaliga CCS-program. En tiofaldig minskning av stora projektkostnader är inte otänkbar, vilket mycket väl kan föra CCS-program tillbaka inom området för politisk acceptans”.
