Инновационные гидрогели для устойчивого улавливания углекислого газа с масштабируемым подходом к биомассе

Недавно исследователи представили революционный масштабируемый подход к использованию биомассы и гидрогели для устойчивого улавливания углерода (SCCH) . Эти гели способны эффективно поглощать CO2 с низкими энергетическими затратами, что делает их перспективным направлением для технологии прямого улавливания CO2 из воздуха (DAC). В их состав входят конжаковая камедь, полиэтиленимин, целлюлоза и предварительно уловленный водяной пар, которые эффективно транспортируют и связывают CO2, особенно во влажных условиях. Низкоэнергетический процесс выделения CO2 и простое, масштабируемое производство SCCH могут произвести революцию в управлении качеством воздуха и технологии DAC.

Технологии прямого улавливания углекислого газа из воздуха (DAC) обладают замечательной способностью извлекать углекислый газ непосредственно из атмосферы, независимо от местоположения. Однако важно отметить, что, несмотря на огромный потенциал этих технологий, их практическая применимость несколько ограничена значительными энергозатратами и общими затратами, связанными с ними. Большинство систем на основе твердых сорбентов испытывают трудности при работе с высоким уровнем влажности и требуют высоких температур регенерации или вакуумных условий для эффективной работы.

Для преодоления этих препятствий были созданы устойчивые гидрогели для улавливания углерода (SCCH). Это инновационный материал, представляющий собой значительный шаг вперед в области улавливания CO2 . Эти замечательные SCCH для эффективного улавливания углерода обладают способностью эффективно улавливать CO2 с исключительной поглощающей способностью, при этом требуя удивительно мало энергии для регенерации.

Повышение эффективности улавливания углекислого газа

Присутствие предварительно захваченного водяного пара значительно улучшает связывание CO2 с полиэтиленимином (PEI), что приводит к значительному увеличению улавливающей способности, особенно во влажных условиях. Кроме того, захваченный CO2 высвобождается с минимальными затратами энергии, используя либо слабый электрический нагрев, либо солнечное излучение, без необходимости создания вакуума. Этот процесс высвобождения происходит, когда температура достигает приблизительно 60°C. Гидрофильные гидрогели снижают энтальпию испарения воды , а целлюлоза является термочувствительной.

Преимущества SCCH

1. Уникальная иерархическая структура

Уникальная иерархическая структура этого SCCH является еще одним преимуществом. Наличие микро- и нанопор обеспечивает эффективную транспортировку CO2 и удобный доступ к активным аминогруппам.

Вы слышали о первом в мире углеродно-нейтральном рюкзаке, который улавливает выбросы CO2 для повышения своей прочности?

2. Легкая подготовка

Этот метод позволяет легко создавать гель, используя доступные материалы : растворяя их в воде, заливая смесь в форму, а затем подвергая процессу лиофилизации. Масштабируемость и долговечность этой технологии в условиях окружающей среды делают ее весьма выгодной для практического применения.

3. Низкая температура регенерации.

Инновационный подход с использованием биомассы и SCCH позволяет улавливать углерод при исключительно низкой температуре регенерации. Это делает их беспрецедентной материальной платформой, способной произвести революцию в управлении качеством воздуха и технологиях прямого улавливания углерода , открывая путь к более устойчивому будущему.

4. Уменьшение энтальпии испарения

В отличие от других сорбентных материалов, требующих энергоемкой термической регенерации за счет инертной воды, гидрогели обладают преимуществом сниженной энтальпии испарения. Это снижение энтальпии приводит к уменьшению энергозатрат на регенерацию , что делает гидрогели эффективным выбором в качестве сорбентных материалов. SCCH состоит из недорогой биомассы — конжаковой камеди, равномерно распределенного полиэтиленимида (PEI) и термочувствительной целлюлозы.

В 2022 году глобальные выбросы CO2 составили 36.1 гигатонны, что составляет 13–36% от углеродного бюджета, необходимого для ограничения потепления до 1.5° C. Это означает, что допустимые выбросы могут закончиться через два года. Вот почему новый масштабируемый подход к биомассе и устойчивые гидрогели для улавливания углерода могут использоваться в долгосрочной перспективе.

Разработка масштабируемых гидрогелей на основе биомассы для устойчивого улавливания углекислого газа