CO2 and H2O transport in molten carbonate
공기 중에서 이산화탄소를 펌핑하는 새로운 주변 에너지 구동 멤브레인이 뉴캐슬 대학 연구원에 의해 개발되었습니다.
직접 공기 포집은 '세상을 바꾸는 7가지 화학적 분리' 중 하나로 확인되었습니다. 이는 이산화탄소가 기후 변화의 주요 원인이지만(매년 ~400억 톤을 대기 중으로 방출함) 이산화탄소의 희석 농도(~0.04%)로 인해 공기에서 이산화탄소를 분리하는 것이 매우 어렵기 때문입니다.
영국 뉴캐슬 대학교 공과대학의 왕립 공학 아카데미 신흥 기술 학과장이자 수석 연구원인 Ian Metcalfe 교수는 "희석 분리 공정은 두 가지 주요 이유로 인해 수행하기가 가장 어려운 분리입니다. 첫째, 농도가 낮기 때문에 희석 성분의 제거를 목표로 하는 화학 반응의 속도가 매우 느립니다. 둘째, 희석된 성분을 농축하려면 많은 에너지가 필요합니다."
뉴캐슬 연구진(뉴질랜드 웰링턴 빅토리아 대학교, 영국 임페리얼 칼리지 런던, 영국 옥스퍼드 대학교, 영국 스트래스클라이드 대학교, 영국 UCL의 동료들과 함께)이 새로운 멤브레인 공정을 통해 해결하고자 하는 두 가지 과제가 바로 여기에 있습니다.
자연적으로 발생하는 습도 차이를 공기 중 이산화탄소를 펌핑하는 원동력으로 사용함으로써 팀은 에너지 문제를 극복했습니다. 물의 존재는 또한 멤브레인을 통한 이산화탄소의 이동을 가속화하여 역학적 문제를 해결했습니다.
이 연구는 네이처 에너지(Nature Energy)에 발표되었으며, 영국 뉴캐슬 대학교 공과대학의 왕립 공학 아카데미 펠로우인 Greg A. Mutch 박사는 제안합니다.
"직접 공기 포집은 미래 에너지 시스템의 핵심 구성 요소가 될 것입니다. 다른 방법으로는 쉽게 탈탄소화할 수 없는 분산된 이산화탄소 배출원에서 배출되는 탄소를 포집하는 데 필요할 것입니다."
"우리의 연구에서 우리는 열이나 압력과 같은 전통적인 에너지 입력 없이 공기에서 이산화탄소를 포집하고 농도를 높일 수 있는 최초의 합성 멤브레인을 시연합니다. 유용한 비유는 제분소의 물레방아가 될 수 있다고 생각합니다. 제분소는 제분소를 구동하기 위해 내리막길로 물을 운반하는 데 사용하는 반면, 우리는 공기 중의 이산화탄소를 펌핑하는 데 사용합니다."
분리 공정
분리 과정은 현대 생활의 대부분의 측면을 뒷받침합니다. 우리가 먹는 음식부터 복용하는 약, 자동차의 연료 또는 배터리에 이르기까지 우리가 사용하는 대부분의 제품은 여러 가지 분리 과정을 거쳤습니다. 또한 분리 공정은 폐기물을 최소화하고 이산화탄소의 직접 공기 포집과 같은 환경 개선의 필요성을 최소화하는 데 중요합니다.
그러나 순환 경제로 나아가는 세계에서는 분리 프로세스가 훨씬 더 중요해질 것입니다. 여기서 직접 공기 포집은 오늘날 우리가 사용하는 많은 탄화수소 제품을 만들기 위한 공급 원료로 이산화탄소를 제공하는 데 사용될 수 있지만 탄소 중립 또는 탄소 네거티브 사이클에서 사용할 수 있습니다.
가장 중요한 것은 재생 에너지로의 전환 및 발전소와 같은 지점 공급원에서 전통적인 탄소 포집과 함께 파리 협정에서 설정한 1.5°C 목표와 같은 기후 목표를 실현하기 위해 직접 공기 포집이 필요하다는 것입니다.
습도 구동 멤브레인
영국 뉴캐슬 대학교 공학부 선임 강사인 에반겔로스 파파이오아누(Evangelos Papaioannou) 박사는 "연구 논문에 설명된 대로 팀은 일반적인 멤브레인 작동에서 벗어나 다양한 습도 차이가 적용된 새로운 이산화탄소 투과성 멤브레인을 테스트했습니다. 멤브레인의 출력 측의 습도가 더 높을 때 멤브레인은 자발적으로 이산화탄소를 출력 스트림으로 펌핑했습니다."
연구팀은 UCL과 옥스퍼드 대학의 공동 연구자들과 함께 X선 마이크로 컴퓨터 단층 촬영을 사용하여 멤브레인의 구조를 정확하게 특성화할 수 있었습니다. 이를 통해 다른 최첨단 멤브레인과의 강력한 성능 비교를 제공할 수 있었습니다.
이 작업의 핵심 측면은 분자 규모에서 멤브레인에서 발생하는 프로세스를 모델링하는 것이었습니다. 연구팀은 웰링턴 빅토리아 대학교(Victoria University of Wellington)와 임페리얼 칼리지 런던(Imperial College London)의 공동 연구자와 함께 밀도 함수 이론 계산을 사용하여 멤브레인 내의 '캐리어'를 식별했습니다. 캐리어는 고유하게 이산화탄소와 물을 모두 운반하지만 다른 것은 운반하지 않습니다. 멤브레인에서 이산화탄소를 방출하려면 물이 필요하고 물을 방출하려면 이산화탄소가 필요합니다. 이 때문에 습도 차이의 에너지는 멤브레인을 통해 이산화탄소를 낮은 농도에서 높은 농도로 유도하는 데 사용할 수 있습니다.
이상의 기사는 2024년 7월 19일 EurekAlert에 게재된 “New humidity-driven membrane to remove carbon dioxide from the air”제목의 기사 내용을 편집하여 작성하였습니다.
* 원문정보 출처 : New humidity-driven membrane to remove carbon | EurekAlert!
* 추가정보 출처 : Separation and concentration of CO2 from air using a humidity-driven molten-carbonate membrane | Nature Energy
저작권자 ⓒ 창조아고라, 무단 전재 및 재배포 금지