חוקרים פיתחו שיטה באמצעות כורי ממברנה מסוג מפיץ להמרת פליטת CO2 מדודים קטנים למתאן, תוך שיפור משמעותי ביעילות ומציע כלי רב-תכליתי להפחתת פליטת גזי חממה.
תכנון חדש של כור הופך את פליטת CO2 מדודים קטנים לדלק מתאן, ומספק אסטרטגיה מבטיחה לטיפול בשינויי האקלים.
צמצום פליטת פחמן ממערכות בעירה בקנה מידה קטן, כמו דוודים והתקנים תעשייתיים אחרים, חיוני להשגת עתיד בר-קיימא, נייטרלי פחמן. דוודים, הנפוצים בתעשיות רבות עבור פונקציות קריטיות כמו חימום, ייצור קיטור והפקת חשמל, ממלאים תפקיד מרכזי בפליטת גזי חממה.
דוודים הם בדרך כלל יעילים למדי. כתוצאה מכך, קשה להפחית CO2 פליטות פשוט על ידי שיפור יעילות הבעירה. לכן, חוקרים בוחנים גישות חלופיות להפחתת ההשפעה הסביבתית של CO2 פליטות מהדודים. אסטרטגיה מבטיחה אחת לשם כך היא ללכוד את CO2 הנפלטים ממערכות אלו וממירים אותו למוצר שימושי, כגון מתאן.
חידושים טכנולוגיים עם כורי ממברנה
כדי ליישם אסטרטגיה זו, יש צורך בסוג מסוים של כור ממברנה, הנקרא כור ממברנה מסוג מפיץ (DMR), שיכול להקל על תגובות כימיות כמו גם גזים נפרדים. בעוד DMRs משמשים בתעשיות מסוימות, היישום שלהם להמרת CO2 למתאן, במיוחד במערכות בקנה מידה קטן כמו דוודים, נותרה בלתי נחקרת יחסית.
הפער המחקרי הזה טופל על ידי קבוצת חוקרים מיפן ופולין, בראשות פרופסור מיקיהירו נומורה מהמכון הטכנולוגי שיבאורה ביפן ופרופ' גז'גורז ברוס מאוניברסיטת AGH למדע וטכנולוגיה בפולין. הממצאים שלהם פורסמו לאחרונה ב- כתב עת לניצול CO2.
חוקרים מיפן ופולין פיתחו תכנון כור הלוכד ביעילות פליטות CO2 וממיר אותן לדלק מתאן שמיש. פריצת דרך זו עשויה להפחית משמעותית את פליטת גזי החממה, ולסלול את הדרך לעתיד נייטרלי פחמן. קרדיט: פרופסור מיקיהירו נומורה מ-SIT, יפן
הצוות ביצע גישה דו-כיוונית לבעיה באמצעות סימולציות מספריות ומחקרים ניסיוניים כדי לייעל את תכנוני הכור להמרה יעילה של CO2 מדודים קטנים למתאן. בסימולציה שלהם, הצוות עיצב כיצד גזים זורמים ומגיבים בתנאים שונים. בתורו, זה איפשר להם למזער את וריאציות הטמפרטורה, ולהבטיח שצריכת האנרגיה תהיה מיטובת בעוד ייצור מתאן נשאר אמין.
חידושי עיצוב ושיפורי יעילות
הצוות עוד מצא שבניגוד לשיטות המסורתיות שמתעלות גזים למקום אחד, תכנון הזנה מבוזר יכול להפיץ את הגזים החוצה לתוך הכור במקום לשלוח אותם ממקום אחד. זה, בתורו, מביא לפיזור טוב יותר של CO2 לאורך הממברנה, מונע מכל מקום להתחמם יתר על המידה. "עיצוב ה-DMR הזה עזר לנו להפחית את עליות הטמפרטורה בכ-300 מעלות בהשוואה לכור המסורתי של מיטה ארוזה", מסביר פרופ' נומורה.
מעבר לתכנון הזנה המבוזר, החוקרים בחנו גם גורמים אחרים המשפיעים על יעילות הכורים וגילו שמשתנה מרכזי אחד הוא ה-CO2 ריכוז בתערובת. שינוי כמות CO2 בתערובת השפיעו עד כמה התגובה עבדה. "כאשר CO2 הריכוז היה סביב 15%, בדומה למה שיוצא מהדודים, הכור היה הרבה יותר טוב בייצור מתאן. למעשה, הוא יכול לייצר בערך פי 1.5 יותר מתאן בהשוואה לכור רגיל שהיה לו רק CO טהור2 לעבוד איתו", מדגיש פרופ' נומורה.
בנוסף, הצוות חקר את ההשפעה של גודל הכור, ומצא שהגדלת גודלו של הכור הקלה על זמינות המימן לתגובה. עם זאת, היה צריך להתייחס לפשרה שכן היתרון של זמינות מימן גבוהה יותר הצריך ניהול טמפרטורה זהיר כדי למנוע התחממות יתר.
המחקר מציג אפוא פתרון מבטיח לבעיית ההתמודדות עם מקור עיקרי של פליטת גזי חממה. על ידי שימוש ב-DMR, CO בריכוז נמוך2 ניתן להמיר בהצלחה פליטות לדלק מתאן שמיש. היתרונות שהושגו ממנו אינם מוגבלים ל-methanation בלבד, אלא ניתן ליישם גם על תגובות אחרות, מה שהופך שיטה זו לכלי רב-תכליתי עבור CO יעיל2 ניצול אפילו למשקי בית ומפעלים קטנים.
המחקר מומן על ידי הסוכנות הלאומית הפולנית, אוניברסיטת AGH בקרקוב והאגודה היפנית לקידום המדע.
