과학자들은 지금까지 가장 비용이 적게 드는 탄소 포집 시스템을 공개했습니다.

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.