פותחה ממברנה חדשנית הלוכדת פחמן דו חמצני מהאוויר באמצעות הפרשי לחות. שיטה חסכונית באנרגיה זו יכולה לעזור לעמוד ביעדי האקלים על ידי הצעת מקור פחמן דו חמצני בר קיימא עבור יישומים שונים. (קונספט האמן.) קרדיט: twoday.co.il.com
טכנולוגיית ממברנה חדשה שפותחה על ידי אוניברסיטת ניוקאסל ממנפת לחות כדי ללכוד ביעילות פחמן דו חמצני, ומציעה פתרון מבטיח ללכידת אוויר ישירה בת קיימא החיונית להשגת יעדי אקלים.
לכידת אוויר ישירה זוהתה כאחת מ'שבע ההפרדות הכימיות כדי לשנות את העולם'. הסיבה לכך היא שלמרות שפחמן דו חמצני הוא התורם העיקרי לשינויי האקלים (אנו משחררים ~40 מיליארד טון לאטמוספירה מדי שנה), הפרדת פחמן דו חמצני מהאוויר היא מאתגרת מאוד בשל הריכוז הדליל שלו (~0.04%).
אתגרים בהפרדת פחמן דו חמצני
פרופ' איאן מטקאלף, יו"ר האקדמיה המלכותית להנדסה בטכנולוגיות מתעוררות בבית הספר להנדסה, אוניברסיטת ניוקאסל, בריטניה, והחוקר הראשי קובע, "תהליכי הפרדה מדוללים הם ההפרדות המאתגרות ביותר לביצוע משתי סיבות מרכזיות. ראשית, בשל הריכוז הנמוך, הקינטיקה (המהירות) של תגובות כימיות המכוונות להסרת הרכיב המדולל היא איטית מאוד. שנית, ריכוז הרכיב המדולל דורש הרבה אנרגיה".
אלו הם שני האתגרים שחוקרני ניוקאסל (עם עמיתים מאוניברסיטת ויקטוריה בוולינגטון, ניו זילנד, אימפריאל קולג' לונדון, בריטניה, אוניברסיטת אוקספורד, בריטניה, אוניברסיטת Strathclyde, בריטניה ו-UCL, בריטניה) יצאו לטפל בתהליך הממברנה החדש שלהם. על ידי שימוש בהפרשי לחות טבעיים ככוח מניע לשאיבת פחמן דו חמצני מהאוויר, הצוות התגבר על אתגר האנרגיה. נוכחות המים גם האיצה את הובלת הפחמן הדו חמצני דרך הממברנה, והתמודדה עם האתגר הקינטי.
חידושים בטכנולוגיית ממברנה
העבודה מתפרסמת ב-Nature Energy וד"ר גרג א. מוטץ', עמית האקדמיה המלכותית להנדסה בבית הספר להנדסה, אוניברסיטת ניוקאסל, בריטניה מסביר, "לכידת אוויר ישירה תהיה מרכיב מרכזי במערכת האנרגיה של העתיד. זה יהיה נחוץ כדי ללכוד את הפליטות ממקורות ניידים ומפוזרים של פחמן דו חמצני שלא ניתן לשחרר בקלות בדרכים אחרות".
"בעבודתנו, אנו מדגימים את הממברנה הסינתטית הראשונה המסוגלת ללכוד פחמן דו חמצני מהאוויר ולהגדיל את ריכוזו ללא הזנת אנרגיה מסורתית כמו חום או לחץ. אני חושב שאנלוגיה מועילה עשויה להיות גלגל מים על טחנת קמח. בעוד שטחנה משתמשת בהובלה במורד של מים כדי להניע כרסום, אנחנו משתמשים בה כדי לשאוב פחמן דו חמצני מהאוויר."
תהליכי הפרדה
תהליכי הפרדה עומדים בבסיס רוב ההיבטים של החיים המודרניים. מהמזון שאנו אוכלים, לתרופות שאנו נוטלים, והדלקים או הסוללות במכונית שלנו, רוב המוצרים שאנו משתמשים בהם עברו מספר תהליכי הפרדה. יתרה מכך, תהליכי הפרדה חשובים למזעור הפסולת והצורך בשיקום סביבתי, כגון לכידה ישירה באוויר של פחמן דו חמצני.
עם זאת, בעולם המתקדם לעבר כלכלה מעגלית, תהליכי ההפרדה יהפכו קריטיים עוד יותר. כאן, לכידת אוויר ישירה עשויה לשמש כדי לספק פחמן דו חמצני כחומר הזנה לייצור רבים ממוצרי הפחמימנים שאנו משתמשים בהם כיום, אך במחזור פחמן ניטרלי, או אפילו פחמן שלילי.
והכי חשוב, לצד המעבר לאנרגיה מתחדשת ולכידת פחמן מסורתית ממקורות נקודתיים כמו תחנות כוח, לכידה ישירה באוויר נחוצה למימוש יעדי אקלים, כמו יעד 1.5 מעלות צלזיוס שנקבע בהסכם פריז.
לכידת פחמן מונעת על ידי לחות
ד"ר Evangelos Papaioannou, מרצה בכיר בבית הספר להנדסה, אוניברסיטת ניוקאסל, בריטניה מסביר, "ביציאה מפעולת ממברנה טיפוסית, וכמתואר במאמר המחקר, הצוות בדק ממברנה חדשה חדירה לפחמן דו חמצני עם מגוון של הפרשי לחות חלים עליו. כאשר הלחות הייתה גבוהה יותר בצד הפלט של הממברנה, הממברנה שאבה באופן ספונטני פחמן דו חמצני לזרם הפלט הזה".
מאמצים משותפים וכיוונים עתידיים
שימוש בטומוגרפיה מיקרו ממוחשבת בקרני רנטגן עם משתפי פעולה ב-UCL וב- אוניברסיטת אוקספורד, הצוות הצליח לאפיין במדויק את מבנה הממברנה. זה איפשר להם לספק השוואות ביצועים חזקות עם ממברנות חדישות אחרות.
היבט מרכזי של העבודה היה מודלים של התהליכים המתרחשים בממברנה בקנה מידה מולקולרי. באמצעות חישובי תיאוריית צפיפות-פונקציונלית עם משתף פעולה המזוהה גם עם אוניברסיטת ויקטוריה של וולינגטון וגם לאימפריאל קולג' בלונדון, הצוות זיהה 'נשאים' בתוך הממברנה. המוביל מעביר באופן ייחודי הן פחמן דו חמצני ומים אך שום דבר אחר. מים נדרשים לשחרור פחמן דו חמצני מהממברנה, ופחמן דו חמצני נדרש לשחרור מים. בשל כך, ניתן להשתמש באנרגיה מהפרש לחות כדי להניע פחמן דו חמצני דרך הממברנה מריכוז נמוך לריכוז גבוה יותר.
פרופ' מטקאלף מוסיף, "זה היה מאמץ צוות אמיתי במשך כמה שנים. אנו אסירי תודה על התרומות ממשתפי הפעולה שלנו, ועל התמיכה מהאקדמיה המלכותית להנדסה ומועצת המחקר להנדסה ומדעי הפיזיקה."
