راهکار نانویی برای جذب دی‌اکسید کربن بدون نیاز به انرژی زیاد

به گزارش واحد علم و فناوری خبرگزاری صبح اقتصاد از ستاد ویژه توسعه فناوری نانو، یک تیم تحقیقاتی از EPFL موفق به توسعه روشی نوآورانه برای تولید غشای گرافنی با کیفیت بالا و قابل مقیاس در مقیاس صنعتی شده است که می‌تواند دی‌اکسید کربن (CO۲) را به‌طور مؤثر از سایر گازها جدا کند. این پیشرفت می‌تواند به‌طور قابل توجهی هزینه‌ها و نیاز به فضای فناوری‌های جذب کربن را کاهش دهد و راهی برای استفاده عملی‌تر از این فناوری در کاهش تغییرات اقلیمی ایجاد کند.

این غشاهای گرافنی با استفاده از یک روش جدید تولید و فرآیند فیلتراسیون تحت فشار به‌جای فرآیندهای شیمیایی انرژی‌بر، کارایی بالاتری در جذب کربن دارند. این پیشرفت می‌تواند هزینه‌ها و نیاز به فضای فناوری‌های جذب کربن را کاهش دهد و به گسترش کاربرد عملی این فناوری در کاهش تغییرات اقلیمی کمک کند.

گرفتن دی‌اکسید کربن از کارخانه‌های صنعتی به‌منظور مقابله با تغییرات اقلیمی امری ضروری است، اما روش‌های کنونی این فرایند اغلب پرهزینه و ناکارآمد هستند. گرافن، ماده‌ای با حفره‌های ریز، پتانسیل بالایی برای جداسازی دی‌اکسید کربن از سایر گازها دارد و می‌تواند این فرایند را کارآمدتر کند.

با این حال، تولید غشاهای گرافنی با کیفیت بالا در مقیاس صنعتی به دلیل نیاز به مواد گران‌قیمت مانند ورق‌های مسی و روش‌های حساس که ممکن است به ایجاد نقص‌های ساختاری منجر شوند، چالش‌برانگیز است. بنابراین، تیم تحقیقاتی EPFL یک روش جدید برای حل این مشکل پیدا کرده است.

تیم تحقیقاتی EPFL توانست با استفاده از نوعی روش رشد گرافن روی ورق‌های مسی ارزان‌تر و استفاده از ازن برای حکاکی حفره‌های ریز، غشاهای گرافنی با عملکرد بالا و قابل تولید انبوه بسازد. این روش موجب توزیع یکنواخت حفره‌ها در سطح وسیع شده و آن را برای استفاده صنعتی مقیاس‌پذیر می‌سازد.

همچنین، این تیم روش جدیدی برای انتقال گرافن طراحی کرد که به جای شناور کردن گرافن بر روی پشتیبانی، آن را مستقیم در ماژول غشا منتقل می‌کند که این روش به جلوگیری از شکنندگی غشاء و کاهش نرخ خرابی کمک می‌کند.

این غشاهای جدید با ابعاد بزرگ (۵۰ سانتی‌متر مربع) دارای انتخاب‌پذیری بالای دی‌اکسید کربن و نفوذپذیری گازها هستند و کارایی بالاتری را در مقایسه با روش‌های سنتی جذب دی‌اکسید کربن نشان می‌دهند. استفاده از فرایند اکسیداسیون به تیم تحقیقاتی این امکان را داد که چگالی حفره‌های انتخاب‌پذیر دی‌اکسید کربن را افزایش داده و عملکرد غشا را به طور قابل توجهی بهبود بخشند.

بر خلاف روش‌های جذب دی‌اکسید کربن سنتی که به فرآیندهای شیمیایی پرانرژی نیاز دارند، این غشاهای گرافنی از یک فرآیند فیلتراسیون تحت فشار استفاده می‌کنند که نیازی به حرارت ندارد، به این معنا که انرژی کمتری مصرف می‌شود و جذب کربن کارآمدتر و عملی‌تر خواهد بود.

این روش تنها به جذب دی‌اکسید کربن محدود نمی‌شود؛ بلکه می‌تواند در تصفیه هیدروژن و تولید اکسیژن نیز کاربرد داشته باشد. با فرآیند تولید مقیاس‌پذیر و مقرون‌به‌صرفه‌ای که تیم EPFL توسعه داده است، غشاهای گرافنی به مرحله‌ای نزدیک‌تر می‌شوند که می‌توانند به‌طور تجاری مورد استفاده قرار گیرند و انقلابی در فناوری‌های جذب کربن و تصفیه گازها ایجاد کنند.

این تحقیق با همکاری تیم‌های مختلف انجام شده است و جزئیات بیشتر آن در مجله Nature Chemical Engineering منتشر شده است.