Мембраны способны упростить борьбу с углекислым газом

Движущей силой, заставляющей нужные вещества проходить через полупроницаемую мембрану, могут служить градиенты давления, концентрации, температуры или электрического потенциала. Учёные из МТИ предположили, что это может позволить почти без энергозатрат связывать CO2, выбрасываемый при сжигании угля или природного газа.

В современном мире, на фоне глубокой озабоченности глобальным потеплением, всерьёз поговаривают о связывании углекислого газа аминами и сжигании угля и газа в чистом, заранее полученном криогенным способом кислороде. Оба метода в огромной степени, примерно на 70–100%, удорожают производство электроэнергии и к тому же резко снижают фактический КПД тепловой энергетики — ведь на связывание углекислого газа будет уходить значительная часть той энергии, которая образуется при его производстве.

В МТИ предложили получать кислород не до сжигания угля или газа, а одновременно с ним, при помощи системы полупроницаемых мембран. При последующем сжигании угля или иного ископаемого топлива в чистом кислороде будет получаться чистый CO2, безо всяких азотных окислов, которые не дают напрямую закачивать газообразные продукты сгорания в подземные ёмкости, как это планируется делать с углекислым газом.

Но кто, в энергетическом смысле, оплатит процесс получения кислорода? По мнению учёных, реально создание такой системы получения кислорода, в которой он будет отбираться из атмосферного воздуха за счёт градиента давления. При этом обеспечение давления несколько ниже атмосферного в агрегатах тепловой электростанции приведёт к тому, что кислород воздуха сам будет поступать через мембрану, которая при этом отсечёт азот и иные газы воздуха.

Исследователи построили небольшой экспериментальный реактор, чтобы испытать технологию, и добились, по их словам, результатов, подтверждающих экономическую целесообразность процесса. Разумеется, некоторое падение КПД станций всё же неизбежно, и тем не менее все иные имеющиеся методы как минимум в 2–3 раза более энергозатратны.

Результаты исследования приняты к публикации в Journal of Membrane Sciences.

«Мы работаем над тем, чтобы процесс сепарации [кислорода] проходил максимально эффективно за минимально возможную цену, — отмечает Ахмед Ф. Гонем, профессор МТИ, возглавляющий исследовательскую группу. — Общая же цель технологии в том, чтобы продолжать использовать дешёвую и доступную энергию, получаемую из ископаемых видов топлива... но без выбросов нынешних огромных объёмов CO2».

Процесс работы мембраны, предназначенной для схемы сжигания метана:

Керамические мембраны, используемые исследователями, изготовлены в основном из оксидов алюминия и титана, что делает их устойчивыми к высоким температурам. Зачем это надо? Обычно мембраны, отделяя кислород от воздуха, создают на внутренней поверхности избыточную концентрацию кислорода, что означает образование отрицательного градиента концентрации и тормозит дальнейшую сепарацию кислорода от остальных газов воздуха. Эксперименты же показали, что сближение процесса сгорания и мембраны, сепарирующей кислород, позволяет моментально эвакуировать кислород с мембраны (используя его в процессе сгорания) и разблокировать процесс сепарации путём снижения концентрации кислорода в камере сгорания по сравнению с атмосферой.

Подготовлено по материалам Массачусетского технологического института.

www