We successfully developed asymmetric hollow fiber carbon membranes from cellulose precursors. This membrane shows a high H2/CO2 separation performance under the harsh conditions of high-temperature and high-pressure operation. The long-term stability indicates the great potential for hydrogen purification in a steam methane reforming process, which provides an energy-efficient separation technology to expand the hydrogen economy.
https://www.nature.com/articles/s41467-020-20628-9
Global Oppvarming
Xuezhong He
I 2010 forutså Energy Information Administration (EIA) en 49 prosent økning av energibehovet fra 2007 til 2035 som følge av at flere og flere land blir industrialisert [1]. Verdens energirelaterte karbondioksid (CO2) utslipp vil øke fra 29.7 milliarder tonn i 2007 til 42.4 milliarder tonn i 2035. Mange mennesker tror at global oppvarming blir forårsaket ved utslipp av klimagasser som CO2 og metan (CH4). Den globale oppvarmingen kan sannsynligvis / trolig resultere i mange negative hendelser som stigende havnivå, endringer i økosystemer, tap av biologisk mangfold og så videre. Derfor må man kjempe mot global oppvarming ved reduksjon av CO2-utslipp i atmosfæren som blir produsert på en rekke måter, spesielt i fossile kraftverk (omkring 40 prosent av de totale CO2-utslipp). En ren og lav karbonteknologi kan brukes for å redusere CO2-utslipp som blir vist i figur 1 [2]. Tre forskjellige metoder kan brukes, nemlig reduksjon av bruk av fossile energikilder, bruk av fornybare energiformer og CO2 -fangst og lagring (CCS). De to første alternativene krever effektiv bruk av energi og bytte til bruk av ikke-fossile energikilder som hydrogen og biogass, mens det tredje alternativet krever utvikling av nye effektive teknologier for CCS.
De siste årene har mange regjeringer og selskaper i forskjellige land som Kina, USA, Norge, Australia og de andre EU-landene lagt mye midler på CCS og prøver å redusere CO2-utslipp. Jeg synes at det er veldig viktig å sette inn noen innsatser på CCS for å redusere global oppvarming, derfor valgte jeg å ta PhD-programmet mitt med CO2 fangst fra røykgass i kraftverk.
FNs anbefaling er klar: Verden må kutte sitt forbruk av fossile brennstoffer, som kull, gass og olje, med minst 60 prosent innen 2050 [3], men det er ikke så lett fordi de fossile energikildene står for nesten 90 prosent av energiforbruket i dag, og behovet for energi øker så raskt. Derfor må man fortsette å bruke fossil energi og søke etter fornybare energiformer på samme tid.
Figur 1 En teknisk rute for å redusere den globale oppvarmingen [2] (oversatt fra engelsk til norsk)
Den andre metoden som kan brukes til å redusere CO2-utslipp, er utvikling av fornybare energiformer som solenergi, vannkraft, vindkraft og bioenergi. For eksempel i Tyskland har man begynt å produsere elektrisitet fra solenergien. Dessuten bygde Holland, Danmark og Norge mange vindkraftverk for å produsere vindkraft både i innlandet og offshore. Disse fornybare energiformene kan imidlertid bidra til en svært liten mengde av det totalet energiforbruket på kort sikt, derfor må man finne andre løsninger for å redusere CO2-utslipp.
Man kan fortsette å bruke fossil brensel, men uten å forårsake betydelige CO2-utslipp hvis man kan bruke CCS-teknologi, derfor kan CCS trolig være den siste/endelige måten å redusere
CO2-utslipp som kreves av Kyoto-protokollen. En prinsippskisse for CCS er vist i Figur 2 [4]।
Fig. 2 Skjematisk diagram av mulige CCS systemer, Bilde gjengitt med tillatelse IPCC [4]
Det er flere ulike teknikker som kan brukes til CO2-fangst, som kjemisk absorpsjon, fysisk adsorpsjon og membranteknologi som blir illustrert i figur 1, men valget av en egnet metode vil i hovedsak være avhengig av prosesstilstand.
Her i Norge planlegger Statoil og Staten å bygge et fullskala CO2-fangstanlegg med kjemisk absorpsjonsteknikk på Mongstad. Et pilotskalaprosjekt skal være ferdig i 2012, og regjeringen vil presentere et forslag til investeringsbeslutning for fullskala CCS på Mongstad for Stortinget i 2014.
NTNU har mange forskningsaktiviteter med CO2 fangst fra røykgass med ulike teknologi. Prosjektet mitt er en deler av EUs sjette rammeprogram: NanoGloWa (Nano-strukturerte membraner mot global oppvarming), som hovedsakelig er fokusert på utvikling av høyytelsesmembraner for separasjon av CO2 fra røykgass. Membraner er en alternativ og konkurransedyktig teknologi for gassseparasjonprosesser som luftseparasjon, CO2 separasjon fra røykgass, biogassoppgradering, og hydrogenproduksjon i løpet av de siste to tiårene. Det vil bli stadig mer interessant / attraktivt på grunn av energieffektivitet og lave økonomiske kostnader. I prosjektet mitt forberedt jeg hule fiber karbon molekylær sil membraner med høy CO2-permeabilitet og god selektivitet for CO2 over andre gassarter som N2 og O2. Prosessdiagram for CO2 fangst fra røkegass med karbon membran etter forbrenning i kraftverk blir vist i figur 3 [5].
Fig. 3 Prosessen diagram for CO2 fangst fra røkegass [5]
Den fangede CO2 vil bli komprimert ytterligere til 110 bar og transportert i rørledning til lagringsstedet, for eksempel oljebrønnen som blir illustrert i figur 3.
for å konkludere synes jeg at det er veldig viktig å redusere utslipp av klimagasser, spesielt CO2 for å motarbeide global oppvarming, og CCS kan være en lovende teknikk for reduksjon av CO2-utslipp
Støtteinformasjon
I kjemi er absorpsjon en prosess der molekyler går inn i en bulkfase omkring dem. Det må ikke forveksles med adsorpsjon der molekylene danner en hinne på overflaten av et annet stoff (fast eller flytende), i absorpsjon går de inn i volumet. (http://no.wikipedia.org/wiki/Absorpsjon). En skjematisk diagram av adsorpsjon og membranseparasjonsprosess blir illustrert i figur 4.
(a) (b)
Fig. 4 Skjematisk diagram av adsorpsjon (a) [6] og membran separasjon teknikk (b) [7]
kilder
[1] International Energy Outlook 2010 - Highlights. [cited 2010 September 28]; Available from: http://www.eia.doe.gov/oiaf/ieo/highlights.html
[2] He X, Hägg M-B. Carbon membranes in energy applications. 5th KIFEE Symposium on. Environment, Energy, Materials and Education. Kyoto 2011.
[3] Ellingsen E, Donald KM. Her på berget: Livonia Print SIA, Latvia 2010.
[4] Strano MS, Foley HC. Synthesis and characterization of catalytic nanoporous carbon membranes. AlChE J. 2001;47(1):66-78.
[5] He X, Lie JA, Sheridan E, Hägg M-B. CO2 capture by hollow fibre carbon membranes: Experiments and process simulations. Energy Procedia. 2009;1(1):261-8.
[6] Henning K-D, Degel J. PURIFICATION OF AIR, WATER AND OFF GAS · SOLVENT RECOVERY Activated Carbon for Solvent Recovery. European Rotogravure Association Engineers Group. Mulhouse, France 1990.
[7] membrane technology. [cited 2011 March 25]; Available from: http://www.co2crc.com.au/research/demo_precomb_membrane.html
|
| Membrane Technology |
| Welcome to Visit |
