탄소 캡처는 캡처, 분리 및 저장하여 이산화탄소 (CO2) 배출량을 줄이는 기술을 말합니다. 온실 가스 배출을 완화하고 CO2 농도를 줄이는 효과적인 방법입니다.
I. 주요 범주
탄소 캡처 기술은 주로 세 가지 유형으로 분류 될 수 있습니다 : Front - 엔드 캡처, 뒤로 - 엔드 캡처 및 바이오 캡처.
1. 전면 - 끝 캡처
이것은 주로 에너지 생성 동안 연소 가스 스트림으로부터 CO2를 분리하는 것입니다. 예로는 석탄의 - 연소 캡처 포스트 - 발사 및 천연 가스 발전소 및 가스화 석탄에서의 연소 캡처 - 발사 발전소가 포함됩니다. 가장 일반적인 전면 - 엔드 캡처 방법은 화학적 흡수이며, 이는 용매에 CO2를 용해시킨 다음 가열 및 압력 변화를 통해 용매로부터 방출하는 것을 포함합니다. 암모니아는 CO2와 반응하여 안정적인 화합물을 형성하는 것으로 일반적으로 사용되는 용매로,이어서 가열에 의해 분리되어 CO2를 회수합니다.
2. 뒤로 - 끝 캡처
이는 주로 연소 가스 (예 : 철강 및 시멘트 생산의 용광로 배기) 및 화학 식물의 출구 가스를 포함하여 적용 소스의 배출로부터 CO2를 포착합니다. 뒷면 - 엔드 캡처 기술 중에서 가장 흔한 것은 물리적 흡착 및 막 분리입니다. 물리적 흡착은 흡착성 재료 (예 : 활성탄)를 사용하여 CO2를 흡착하여 적절한 압력 및 온도 하에서 방출합니다. 막 분리는 반투과성 막을 사용하여 다른 가스 분자와 비교하여 CO2 분자의 크기 및 특성에 기초하여 CO2를 분리하고 정제합니다.
3. 생물 사양
이 방법은 주로 식물과 해양 유기체를 사용하여 CO2를 흡수하고 바이오 매스 또는 조류 오일로 전환합니다. 식물은 광합성을 통해 CO2를 유기물로 전환하여 바이오 매스로 보관합니다. 또 다른 방법은 조류를 사용하여 대기 CO2를 흡수하고이를 조류 오일로 변환하여 바이오 연료를 생산하는 데 사용될 수 있으므로 CO2를 캡처하고 활용하는 것입니다.
다른 방법으로는 생물학적 탄소 포획, 광촉매 탄소 포획, 공기 여과 탄소 포획 및 물 분할 탄소 포획이 있습니다.
많은 탄소 캡처 방법 중에서, 막 탄소 포획 기술은 고 에너지 효율, 소형 및 통합 장비, 운영 편의성, 높은 캡처 효율 및 환경 친화 성 등 고유 한 이점을 제공합니다.
II. 막 탄소 캡처 메커니즘
막 기술은 막의 선택적 투과성에 기초한 가스 분리 기술이다. 이 선택적 투과성은 주로 기공 크기, 표면 특성 및 화학적 조성과 같은 막 물질의 물리적 및 화학적 특성으로부터 유래된다. 탄소 포획 분야에서, 막 기술은 가스 분자 크기, 응축 성 및 반응성의 차이를 활용함으로써 다른 가스와 이산화탄소를 효과적으로 분리한다.
이산화탄소를 함유하는 가스 혼합물이 막과 접촉 할 때, 더 작은 크기 및 더 높은 투과성으로 인해 이산화탄소 분자가, 우선적으로 막 벽을 통과한다. 질소 및 산소와 같은 다른 가스 분자는 더 큰 크기 또는 낮은 투과성으로 인해 막 물질에 의해 유지된다. 분자 크기 및 투과성에 기초한이 선택적 분리 메커니즘은 막 기술이 탄소 포획에 매우 효과적입니다.
또한, 막 기술의 메커니즘은 또한 가스 분자와 막 재료 사이의 상호 작용을 포함한다. 분자간 반 데르 발스 힘, 정전기력 및 수소 결합을 포함한 이러한 상호 작용은 막을 통한 가스 분자의 확산 속도와 분리 효율을 종합적으로 결정한다.
III. 막 분류 및 특성
탄소 포획 분야에서 막 기술은 각각 고유 한 특성을 가진 다양한 막 재료를 사용합니다. 막 물질의 특성 및 그 적용에 기초하여, 막 기술은 다공성 막, 밀도가 높은 막 및 혼합 매트릭스 막으로 분류 될 수있다.
1. 다공성 막
세라믹 막 및 금속 막과 같은 무기 다공성 막은 우수한 안정성, 온도 저항 및 부식 저항을 제공하며 탄소 포획에 광범위한 적용 전망을 보유합니다. 그러나, 높은 준비 비용과 기술적 인 어려움으로 인해, 무기 다공성 막의 대규모 - 규모의 적용은 여전히 도전에 직면하고있다.
대조적으로, 중합체 블록 미세 다공성 막 및 열 재 배열 막과 같은 유기 다공성 막은 개선 된 필름 - 성질 및 높은 CO2 분리 성능을 제공한다. 이들 막 재료는 분자 세그먼트의 축적에 의해 생성 된 자유 부피를 최적화함으로써 효율적인 CO2 분리를 달성한다. 그러나, 유기 다공성 막은 또한 높은 - 척도 합성 비용 및 노화에 대한 감수성과 같은 도전에 직면하여 추가 최적화 및 개선이 필요하다.
2. 밀도가 높은 막
주로 높은 - 분자 - 중량 폴리머로 만들어진 이들 막은 분자 세그먼트의 축적에 의해 생성 된 자유 부피를 통해 분리를 달성한다. 상업적으로 이용 가능한 중합체 막 물질은 셀룰로오스 아세테이트 (Ca) 막, 폴리이 미드 (PI) 막 및 폴리에틸렌 옥사이드 (PEO) 막을 포함한다. 이들 막 재료는 탄소 포획 분야에서 특정 적용 전위를 가지지 만, 성능도 더 개선되고 최적화되어야한다.
3. 혼합 매트릭스 멤브레인 (MMM)
새로운 유형의 막 물질로서, 그것은 탄소 포획 분야에서 광범위한 관심을 끌었습니다. 폴리머와 우수한 이산화탄소 선택성과 다공성 나노 필러를 블렌딩함으로써, 두 필름 - 형성 특성 및 우수한 이산화탄소 분리 성능을 갖는 혼합 매트릭스 막인 혼합 된 매트릭스 막. 이 막 물질은 효율적인 이산화탄소 분리 성능을 가질뿐만 아니라 우수한 안정성과 내식성을 가지며 탄소 포획 기술 개발을위한 새로운 아이디어를 제공합니다.
IV. 막 기술의 특성과 장점
막 기술은 탄소 포획 분야에서 중요한 특성과 장점을 가지고 있습니다.
(1) 막 기술은 분리 효율이 높고 이산화탄소 및 기타 가스를 효율적으로 분리하여 높은 - 순도 이산화탄소 캡처를 달성 할 수 있습니다. 대기의 온실 가스 배출을 줄이는 데 도움이됩니다.
(2) 막 기술의 에너지 소비가 낮습니다. 전통적인 화학적 흡수 및 물리 흡착 방법과 비교하여 막 기술은 대량의 화학적 시약 및 용매를 사용하여 에너지 소비 및 폐기물 배출을 줄일 필요가 없습니다.
(3) 막 기술은 작동하기 쉽고 자동화 및 지속적으로 생산하기 쉽습니다. 탄소 캡처의 효율성과 안정성을 향상시키고 수동 개입 및 운영 비용을 줄일 수 있습니다.
(4) 막 기술은 환경에 더 작은 영향을 미칩니다. 대량의 화학적 시약 및 용매를 사용할 필요가 없기 때문에 환경 오염 및 폐기물 배출의 위험이 줄어 듭니다.
V. 탄소 포획 분야에서 막 기술의 적용
산업 폐기물 가스 처리, 석탄 - 발전 발전소 및 천연 가스 발전소, 운송 및 건물 에어컨 시스템을 포함하여 탄소 포획 분야에 막 기술을 적용하는 여러 가지 방법이 있습니다.
(1) 산업 폐기물 가스 처리에서 막 기술은 폐기물로부터 이산화탄소를 효과적으로 분리하고 포획하여 대기의 온실 가스 배출을 줄일 수 있습니다. 산업 생산 공정의 에너지 절약 및 배출 감소에 대한 강력한 지원을 제공합니다.
(2) Coal - 발전 발전소 및 천연 가스 발전소와 같은 대규모 배출원에서 막 기술은 광범위한 응용 전망을 가지고 있습니다. 막 탄소 캡처 장치를 설치함으로써, 이들 방출원으로부터의 이산화탄소를 효과적으로 포착하고 분리하여 방출 감소 표적을 달성 할 수있다.
(3) 운송 분야에서, 막 기술은 자동차 배기 처리에 적용되어 이산화탄소 배출량을 포착하고 감소시킬 수 있습니다. 새로운 에너지 차량의 대중화와 낮은 - 탄소 운송의 개발로 운송 분야의 막 기술의 적용 전망이 더 넓을 것입니다.
(4) 막 기술은 에어컨 시스템을 구축하는 데 중요한 역할을 할 수 있습니다. 건물 내부의 공기에 이산화탄소를 포착하고 재활용함으로써 막 기술은 외부 공기에 대한 의존성을 줄여 에너지를 절약하고 이산화탄소 배출량을 줄일 수 있습니다.
탄소 캡처 분야에서 막 기술의 개발 경향은 다음과 같은 특성을 보여줄 것입니다. 첫째, 이산화탄소의 분리 효율 및 안정성을 향상시키기위한 막 재료의 지속적인 혁신 및 최적화; 둘째, 대형 - 막 기술의 적용 및 홍보를 위해 탄소 포획 비용을 줄이고 경제적 이점을 향상시킵니다. 셋째, 막 기술의 화학적 흡수 방법, 물리적 흡착 방법 및 기타 기술과 같은 다른 기술과의 통합 및 융합은보다 효율적이고 환경 친화적 인 탄소 캡처 기술 시스템을 형성하여 탄소 포획 분야에서 막 기술의 적용 및 개발을 촉진하고 전 세계 기후 변화 예방 및 제어에 더 큰 기여를 할 수 있도록합니다.