جذب دی‌اکسید کربن توسط فناوری جدید غشای پلیمری

محققین فناوری غشایی جدیدی را توسعه دادند که امکان حذف مؤثرتر دی‌اکسید کربن (CO2) از گازهای مخلوط نظیر انتشار گاز از نیروگاه‌ها را فراهم می‌کند. Rich Spontak، نویسنده همکار مقاله می‌گوید: برای نشان دادن توانایی غشای جدیدمان، مخلوط گازهای CO2 و نیتروژن را بررسی کردیم؛ زیرا مخلوط این دو گاز خصوصاً درزمینهٔ کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای از نیروگاه‌ها مرتبط است. همچنین نشان دادیم که می‌توانیم گزینش‌پذیری غشاها را جهت حذف CO2 به‌شدت بهبود بخشیم. درحالی‌که نفوذپذیری CO2 را نسبتاً بالا حفظ کنیم. Spontak استاد برجسته مهندسی شیمی و زیست مولکولی و استاد علوم و مهندسی مواد در دانشگاه کارولینای شمالی می‌گوید: ما همچنین مخلوط CO2 و متان را که برای صنعت گاز طبیعی مهم است، بررسی کردیم. علاوه بر این، غشاهای پالایه کننده CO2 را می‌توان در هر شرایطی که نیاز به حذف CO2 از گازهای مخلوط شده باشد استفاده کرد، چه کاربردهای زیست پزشکی و یا پاک‌سازی (جذب) CO2 از هوا در یک زیردریایی. غشاها یک فناوری جذاب برای حذف CO2 از گازهای مخلوط هستند؛ زیرا فضای زیادی را اشغال نمی‌کنند. می‌توانند در اندازه‌های مختلف ساخته شوند و به‌آسانی قابل تعویض هستند. فناوری دیگری که اغلب برای حذف CO2 استفاده می‌شود جذب شیمیایی است که شامل حباب‌زایی (Bubbling) مخلوط‌های گازی از طریق ستون حاوی آمین مایع است که CO2 را از گاز حذف می‌کند. بااین‌حال فناوری‌های جذب دارای ردپای قابل‌توجه بزرگ‌تری هستند و آمین‌های مایع معمولاً سمی و خورنده هستند. این پالایه‌های غشایی با اجازه دادن به CO2 سریع‌تر از سایر اجزای مخلوط عبور کرده و کار می‌کنند. درنتیجه گازی که از طرف دیگر غشا خارج می‌شود نسبت به گاز ورودی به غشا دارای CO2 بیش‌تری است. با گرفتن گازی که از غشا خارج می‌شود CO2 بیش‌تری نسبت به سایر گازهای تشکیل‌دهنده جذب می‌کنید. یک چالش دیرین برای چنین غشاهایی مبادله بین نفوذپذیری و گزینش‌پذیری بوده است. هرچه نفوذپذیری بیش‌تر باشد می‌توانید گاز را با سرعت بیش‌تر از غشا عبور دهید. اما وقتی نفوذپذیری بالا می‌رود گزینش‌پذیری کاهش می‌یابد به این معنی که نیتروژن و سایر اجزا به‌سرعت از غشا عبور می‌کنند و نسبت CO2 به سایر گازهای مخلوط را کاهش می‌دهد. به‌عبارت‌دیگر زمانی که گزینش‌پذیری کاهش می‌یابد، CO2 نسبتاً کم‌تری را جذب می‌کنید. گروه تحقیقاتی از ایالات‌متحده و نروژ این مشکل را با رشد زنجیره‌های پلیمری فعال شیمیایی دارای گروه‌های آب‌دوست و دی‌اکسید کربن دوست بر روی سطح غشاهای موجود برطرف کردند. این کار گزینش‌پذیری را افزایش می‌دهد. Marius Sandru نویسنده مقاله و پژوهش‌گر ارشد صنعت SINTEF در سازمان تحقیقات مستقل نروژ می‌گوید: به‌طور خلاصه با تغییر کمی در نفوذپذیری نشان دادیم که می‌توانیم گزینش‌پذیری را تا حدود 150 برابر افزایش دهیم. بنابراین ما CO2 بیش‌تر نسبت به انواع دیگر در مخلوط‌های گازی جذب می‌کنیم. یکی دیگر از چالش‌های پیش رو فیلتر‌های غشایی CO2، هزینه است. فناوری‌های غشای قبلی هرچه مؤثرتر بودند، گران‌تر بودند. Spontak می‌گوید: ازآنجایی‌که ما می‌خواستیم فناوری ایجاد کنیم که ازنظر تجاری قابل‌دوام باشد، فناوری ما با غشاهایی شروع شد که در حال حاضر در حال استفاده گسترده هستند. ما سپس سطح این غشاها را مهندسی کردیم تا گزینش پذیری را بهبود بخشیم. درحالی‌که این امر هزینه را افزایش می‌دهد ما فکر می‌کنیم که غشاهای اصلاح‌شده همچنان مقرون‌به‌صرفه خواهند بود.Sandru  بیان کرد: قدم‌های بعدی ما این است که مشاهده کنیم فن‌هایی که در اینجا توسعه دادیم تا چه حد می‌تواند برای سایر پلیمرها به کار رود، تا نتایجی قابل‌مقایسه یا حتی برتر برای ارتقای فرآیند ساخت نانو داشته باشیم. صادقانه بگویم اگرچه نتایج در اینجا چیزی کم از هیجان‌انگیز نبوده است ما هنوز برای بهینه‌سازی این فرآیند تلاشی نکرده‌ایم. مقاله ما نتایج مفهومی را اثبات می‌کند. محققان همچنین علاقه‌مند به بررسی کاربردهای دیگر هستند؛ ازجمله این‌که آیا فناوری جدید غشایی می‌تواند در دستگاه‌های  زیست پزشکی یا دستگاه‌های  در بخش آبزی پروی استفاده شود. محققین می‌گویند که آماده همکاری با شرکای صنعتی برای بررسی هر یک از این سؤالات یا فرصت‌ها برای کمک به کاهش تغییرات آب و هوایی جهانی و بهبود عملکرد دستگاه هستند.

منبع:

https://www.climatechange.ie