Bild på mikrokapslar som kan fånga upp koldioxid från kraftverksavgaser. Kredit:John Vericella vid Lawrence Livermore National Laboratory
Även om användningen av förnybar energi ökar, kol och naturgas representerar fortfarande majoriteten av USA:s energiförsörjning. Även med föroreningskontroll, att bränna dessa fossila bränslen för energi släpper ut en enorm mängd koldioxid i atmosfären - bara i USA, kol och naturgas bidrog med 1, 713 miljoner ton CO 2 , eller 98 procent av all CO 2 utsläpp från elkraftsektorn 2017.1 I ett försök att mildra dessa effekter, forskare letar efter prisvärda sätt att fånga upp koldioxid från kraftverksavgaser.
Forskning ledd av University of Pittsburgh och Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) använder mikrokapselteknologi som kan göra kolavskiljning efter förbränning billigare, säkrare, och effektivare.
"Vårt tillvägagångssätt är mycket annorlunda än den traditionella metoden att fånga upp koldioxid vid ett kraftverk, sa Katherine Hornbostel, biträdande professor i maskinteknik vid Pitt's Swanson School of Engineering. "Istället för att rinna ett kemiskt lösningsmedel ner i ett torn (som vatten nerför ett vattenfall), vi lägger lösningsmedlet i små mikrokapslar."
På samma sätt som att innehålla flytande medicin i ett piller, mikroinkapsling är en process där vätskor omges av en fast beläggning.
"I vår föreslagna design av en kolinfångningsreaktor, vi packar ett gäng mikrokapslar i en behållare och strömmar kraftverkets avgaser genom den, " sade Hornbostel. "Värmen som krävs för konventionella reaktorer är hög, vilket leder till högre driftskostnader för anläggningen. Vår design kommer att vara en mindre struktur och kräva mindre el för att fungera, och därmed sänka kostnaderna."
Konventionella konstruktioner använder också ett starkt aminlösningsmedel som är dyrt och kan vara farligt för miljön. Mikrokapseldesignen skapad av Hornbostel och hennes medarbetare på LLNL använder en lösning som är gjord av ett vanligt hushållsföremål.
"Vi använder bakpulver löst i vatten som vårt lösningsmedel, sade Hornbostel. Det är billigare, bättre för miljön, och rikligare än konventionella lösningsmedel. Kostnad och överflöd är kritiska faktorer när du pratar om 20 eller fler meter breda reaktorer installerade vid hundratals kraftverk."
Hornbostel förklarade att den lilla storleken på mikrokapseln ger lösningsmedlet en stor ytarea för en given volym. Denna höga yta gör att lösningsmedlet absorberar koldioxid snabbare, vilket gör att långsammare absorberande lösningsmedel kan användas. "Det här är goda nyheter, säger Hornbostel, "eftersom det ger billigare lösningsmedel som bakpulver en strid chans att konkurrera med dyrare och frätande lösningsmedel."
"Vår föreslagna mikrokapselteknologi och design är lovande för kolavskiljning efter förbränning eftersom de hjälper till att göra långsamt reagerande lösningsmedel mer effektiva, ", sa Hornbostel. "Vi tror att den minskade lösningsmedelskostnaden i kombination med en mindre struktur och lägre driftskostnad kan hjälpa kol- och naturgaskraftverk att upprätthålla vinster på lång sikt utan att skada miljön."
Hornbostel beskrev sin modell i en ny tidning i Tillämpad energi , "Förpackad och fluidiserad bädd-absorbatormodellering för kolavskiljning med mikroinkapslad natriumkarbonatlösning" (DOI:10.1016/j.apenergy.2018.11.027).
