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이산화탄소를 포집, 제거 및 재활용할 수 있는 기술에 대한 필요성은 CO가 증가할 때마다 더욱 커집니다.2 지구 대기권에 도달하는 분자. 이러한 요구를 충족하기 위해 에너지부 산하 태평양 북서부 국립 연구소의 과학자들은 탄소 포집을 보다 저렴하고 널리 보급하려는 노력에서 새로운 이정표를 세웠습니다. 그들은 CO를 효율적으로 포집하는 새로운 시스템을 만들었습니다.2 — 현재까지 가장 비용이 적게 드는 — 세계에서 가장 널리 사용되는 화학 물질 중 하나인 메탄올로 변환합니다.
스네링 CO2 대기 중으로 떠오르기 전에 지구 온난화를 늦추는 핵심 요소입니다. 그러나 가장 큰 배출자가 탄소 포집 기술을 채택하도록 인센티브를 만드는 것은 중요한 선구자입니다. 상업용 캡처 기술의 높은 비용은 광범위한 사용에 대한 오랜 장벽입니다.
PNNL 과학자들은 메탄올이 그러한 인센티브를 제공할 수 있다고 믿습니다. 그것은 연료, 용제 및 플라스틱, 페인트, 건축 자재 및 자동차 부품의 중요한 성분으로 많이 사용됩니다. CO 변환2 메탄올과 같은 유용한 물질로의 전환은 산업체들이 탄소를 포획하고 용도를 변경할 수 있는 경로를 제공합니다.
신기술 연구 팀을 이끌고 있는 PNNL 화학자 David Heldebrant는 시스템을 재활용에 비유합니다. 일회용품과 재활용품 중에서 선택할 수 있는 것처럼 탄소도 재활용할 수 있습니다.
Heldebrant는 “그게 본질적으로 우리가 여기서 하려는 것입니다.”라고 말했습니다. “이러한 화학 물질을 만들기 위해 땅에서 석유를 추출하는 대신, 우리는 CO에서 이를 수행하려고 합니다.2 대기나 석탄 발전소에서 포획하여 유용한 것으로 재구성할 수 있습니다. 말하자면 탄소를 살아 있게 하는 거니까 그냥 ‘땅에서 뽑아서 한 번 쓰고 버리는 것’이 아니다. CO를 재활용하려고 합니다.2우리가 유리, 알루미늄, 플라스틱과 같은 다른 것들을 재활용하려고 노력하는 것과 매우 흡사합니다.”
저널에 설명된 대로 첨단 에너지 소재, 새로운 시스템은 석탄, 가스 또는 바이오매스 화력 발전소와 시멘트 가마 및 철강 공장에 적합하도록 설계되었습니다. PNNL에서 개발한 포집 용매를 사용하여 시스템이 CO를 잡아냅니다.2 분자가 방출되기 전에 유용하고 판매 가능한 물질로 변환합니다.
긴 줄의 도미노는 탄소가 완전히 제거되거나 지구 대기에 유입되는 것을 완전히 방지하기 전에 떨어져야 합니다. 캡처 및 변환 기술을 세상에 알리는 이러한 노력은 처음 몇 가지 중요한 타일 중 일부를 나타냅니다.
Heldebrant는 이 기술을 배치하면 배출량을 줄일 수 있다고 말했습니다. 그러나 그것은 또한 다른 탄소 포집 기술의 개발을 자극하고 CO 시장을 확립하는 데 도움이 될 수 있습니다.2– 함유 물질. 그러한 시장이 자리를 잡으면 예상되는 직접 공기 포집 기술에 의해 포착된 탄소는 수명이 더 긴 물질로 더 잘 재구성될 수 있습니다.
더 저렴한 탄소 포집에 대한 요구
2022년 4월 기후 변화에 관한 정부 간 패널은 기후 변화 완화에 초점을 맞춘 작업 그룹 III 보고서를 발표했습니다. 설명된 배출 제한 조치 중 탄소 포집 및 저장은 특히 철강 및 화학 생산과 같이 탈탄소화가 어려운 부문에서 순 제로 배출을 달성하는 데 필요한 요소로 명명되었습니다.
IPCC는 보고서의 2022년 분할 중 하나와 함께 발행된 보도 자료에서 “산업에서 배출을 줄이는 것은 재료를 보다 효율적으로 사용하고, 제품을 재사용 및 재활용하고, 폐기물을 최소화하는 것과 관련될 것”이라고 밝혔습니다. “순 제로 CO에 도달하려면2 보고서는 “사회에 필요한 탄소 배출(예: 플라스틱, 목재, 항공 연료, 솔벤트 등)”, “기계적 및 화학적 재활용을 통한 순환성 증가를 통해 탄소 및 이산화탄소의 사용 루프를 닫는 것이 중요합니다. .”
PNNL의 연구는 DOE의 탄소 네거티브 샷(Carbon Unfavorable Shot)과 일치하는 바로 그 일에 초점을 맞추고 있습니다. 변환에 재생 가능하게 공급된 수소를 사용함으로써 팀은 천연 가스를 공급 원료로 사용하는 기존 방법보다 탄소 발자국이 더 적은 메탄올을 생산할 수 있습니다. CO를 통해 생성된 메탄올2 전환은 탄소 감소 기술의 채택을 촉진하기 위한 정책 및 시장 인센티브에 적합할 수 있습니다.
메탄올은 부피 기준으로 현존하는 가장 많이 생산되는 화학 물질 중 하나입니다. “플랫폼 소재”로 알려진 그 용도는 광범위합니다. 메탄올 외에도 팀은 CO를 전환할 수 있습니다.2 포름산염(또 다른 상품 화학 물질), 메탄 및 기타 물질로 변환합니다.
이 프로세스를 최적화하고 확장하기 위해 상당한 양의 작업이 남아 있으며 상용 배포 준비가 되려면 몇 년이 걸릴 수 있습니다. 그러나 PNNL의 탄소 관리 및 화석 에너지 시장 부문 매니저인 Casie Davidson은 기존의 화학 상품을 대체하는 것은 시작에 불과하다고 말했습니다. “팀의 통합된 접근 방식은 새로운 CO의 세계를 열어줍니다.2 전환 화학. 확장 가능하고 비용 효율적인 탄소 기술이라는 완전히 새로운 분야의 문턱에 서 있다는 느낌이 듭니다. 매우 신나는 시간입니다.”
부서지는 비용
상용 시스템은 CO 미터톤당 약 $46의 연도 가스에서 탄소를 흡수합니다.2, DOE 분석에 따르면. PNNL 팀의 목표는 캡처 프로세스를 보다 효율적이고 경제적으로 경쟁력 있게 만들어 지속적으로 비용을 줄이는 것입니다.
팀은 포집 비용을 CO 미터톤당 $47.10로 낮추었습니다.2 2021년. 청정 생산 저널 다른 PNNL에서 개발한 포집 용매를 사용하여 메탄올 시스템을 실행하는 비용을 조사하고 그 수치는 이제 CO 미터톤당 $39 바로 아래로 떨어졌습니다.2.
“우리는 3개의 CO를 보았습니다.2평가를 이끈 화학공학자 Yuan Jiang은 “이 새로운 연구에서 결합 용매를 사용했습니다. 우리는 그들이 통과하는 탄소의 90% 이상을 포획한다는 것을 발견했습니다. 포획 기술.”
공장이나 가마의 특성에 따라 다른 시스템을 사용할 수 있습니다. 그러나 설정에 관계없이 용매가 중심입니다. 이 시스템에서 용매는 CO를 세척합니다.2– 풍부한 연도 가스가 배출되기 전에 CO를 남깁니다.2 분자는 이제 그 액체 안에 묶여 있습니다.
CO에서 메탄올 생성2 새롭지 않습니다. 그러나 연속적으로 흐르는 하나의 시스템에서 탄소를 포획한 다음 이를 메탄올로 변환하는 능력은 매우 뛰어납니다. 캡처 및 변환은 전통적으로 각 프로세스의 고유하고 종종 보완적이지 않은 화학에 의해 분리된 두 개의 개별 단계로 발생했습니다.
“우리는 마침내 하나의 기술이 두 단계를 모두 수행할 수 있고 잘 수행할 수 있는지 확인하고 있습니다.”라고 Heldebrant는 말하면서 전통적인 변환 기술에는 일반적으로 고도로 정제된 CO2가 필요하다고 덧붙였습니다.2. 새로운 시스템은 “더러운” CO로부터 메탄올을 생성하는 최초의 시스템입니다.2.
내일의 배출량 감소
CO 포획 과정2 메탄올로 변환하는 것은 CO가 아닙니다.2-부정적인. 메탄올의 탄소는 메탄올이 더 긴 수명을 가진 물질로 전환될 때 연소되거나 격리될 때 방출됩니다. 그러나 이 기술은 물질 내부와 대기 외부에 결합된 탄소를 유지하는 중요한 작업을 위해 “무대를 설정”한다고 Heldebrant는 말했습니다.
다른 대상 물질로는 접착제, 코팅 및 발포 단열재에서 발견되는 폴리우레탄과 섬유 직물에 널리 사용되는 폴리에스테르가 있습니다. 일단 연구자들이 CO 전환 뒤에 있는 화학을 마무리 짓고 나면2 기후와 관련된 시간 척도 동안 대기로부터 그것을 유지하는 물질로, 광범위한 포집 시스템 웹이 그러한 반응을 실행할 준비가 될 수 있습니다.
오늘날의 굴뚝 대신에 Heldebrant는 CO를 구상합니다.2 발전소 내부 또는 옆에 건설된 정제소2– 함유 제품은 현장에서 제작 가능합니다. “우리는 전환점에 있습니다.” Heldebrant와 그의 공동 저자는 저널에 실린 최근 기사에서 썼습니다. 화학 과학“우리는 20세기의 모놀리식 포집 및 전환 인프라를 계속 사용하거나 통합 용매 기반 탄소 포집 및 전환 기술의 새로운 21세기 패러다임으로의 전환을 시작할 수 있습니다.”
이 기술은 라이선싱이 가능합니다. 자세한 내용은 PNNL 상용화 관리자인 Sara Hunt에게 문의하십시오.
이 작업은 에너지부의 기술 상용화 기금, 화석 에너지 및 탄소 관리국, 남부 캘리포니아 가스의 지원을 받았습니다. 작업의 일부는 PNNL의 DOE Workplace of Science 사용자 시설인 EMSL, Environmental Molecular Sciences Laboratory에서 수행되었습니다.
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