내부에

화학 엔지니어는 코팅된 탄소 섬유를 사용하고 단순한 설계에서 증기 기반 가열을 제거하며 풍력 에너지로도 전력을 공급할 수 있습니다.

은행 드라이브스루에서 수표를 입금하는 간단한 심부름으로 시작된 일이 책이나 영화에서나 흔히 볼 수 있는 일종의 '아하' 순간이 되었습니다.

Georgia Tech 연구원들은 전통적인 DAC(직접 공기 포집) 시스템을 단순화하는 아이디어를 연구하고 있었습니다. 그들의 접근 방식은 주변 바람의 흐름을 사용하여 새로운 종류의 코팅된 탄소 섬유를 통해 공기를 끌어당겨 CO2를 포착했습니다. 그러면 많은 시스템에서 사용되는 시끄러운 팬이 제거됩니다. 그리고 탄소 섬유 가닥은 빠르게 가열되어 열 손실을 최소화하면서 포집된 이산화탄소를 방출하여 효율성을 높일 수 있습니다.

그러나 그들은 효과를 극대화하기 위해 이러한 새로운 흡착제 코팅 탄소 섬유를 배치하는 방법에 어려움을 겪고 있었습니다.

“은행에 수표를 입금해야 해서 드라이브스루를 통과했어요. 그들은 문서를 운반하기 위해 내려오는 오래된 공압 튜브를 가지고 있었습니다.”라고 Georgia Tech 화학 및 생체분자공학부(ChBE)의 Thomas C. DeLoach 교수인 Ryan Lively가 말했습니다. “당신의 경력에서 전구의 순간을 경험하는 경우는 많지 않습니다. 하지만 저는 튜브를 보고 깨달았습니다. 우리는 은행 창구 튜브 캐니스터 같은 곳에 섬유를 넣을 수 있다는 것을 깨달았습니다.

"그것이 우리가 한 일과 거의 비슷했고 효과가 있었습니다."

공압 튜브에서 영감을 받은 모듈을 배치한 후 팀은 시스템 테스트를 시작했습니다. 그들은 지하 격리를 위해 충분한 순도를 지닌 이산화탄소를 생산할 수 있고 일반적인 DAC 시스템을 구축하는 데 드는 상당한 초기 비용을 상당 부분 제거할 수 있다는 사실을 발견했습니다. 그들은 Joule 저널에 6월 12일 그들의 설계와 접근 방식을 설명했습니다.

뱅크 튜브에서 영감을 받은 캐니스터에 흡착제로 코팅된 탄소 섬유가 들어 있습니다.

“이 연구는 차세대 DAC 시스템을 개념화했을 뿐만 아니라 우리 발명품의 실제 작동을 어느 정도 보여주었습니다.”라고 논문의 제1저자이자 Lively 연구실의 전 박사후 연구원인 이원희가 말했습니다. “우리는 이미 실험실 규모 모듈을 사용하여 주변 CO2를 성공적으로 포집했습니다. 이제 모듈을 확장하는 것이 중요합니다. 우리 시스템의 모든 구성 요소는 상업적으로 이용 가능하고 제작이 상대적으로 쉽기 때문에 모듈을 대규모로 만드는 데 기술적 장애물이 거의 없을 것입니다.”

적어도 이론적으로 팀은 실험 데이터를 사용하여 실제 시스템의 경제성을 예측함으로써 규모를 확대했습니다. 그들은 이 시스템이 톤당 $150~$200의 비용으로 CO2를 포집할 수 있다는 사실을 발견했습니다. 이는 톤당 $300~$600의 비용으로 탄소를 포집하는 것으로 추정되는 건설 중인 상업용 시스템보다 훨씬 적은 금액입니다.

이 연구의 공동 저자에는 Georgia Tech를 직접 공기 포집 기술의 리더로 자리매김한 ChBE의 연구원이 포함되어 있습니다. Christopher Jones 교수와 Matthew Realff 교수는 Lively와 함께 분자 수준에서 시스템 수준에 이르기까지 DAC의 전체 스펙트럼을 연구하고 있습니다.

이 연구는 두 가지 중요한 발전을 제시합니다.

DAC 시스템은 열을 사용하여 포화된 필터 재료에서 CO2를 방출합니다. CO2는 수집된 다음 지하로 펌핑되거나 연료나 화학 물질을 만드는 데 사용될 수 있습니다. 일반적으로 시스템은 외부 가열원을 사용합니다. 증기는 빠르고 강력하기 때문에 인기 있는 선택이지만, 해를 끼치고 추가적인 응축 단계가 필요합니다. 이러한 시스템은 또한 모든 열이 빠져나가는 것을 방지하기 위해 단열재가 필요하므로 부피가 크고 비용이 많이 듭니다.

Lively와 팀은 탄소를 좋아하는 흡착제로 코팅된 독특한 탄소 섬유 가닥을 만들었습니다. 탄소 섬유 코어는 안쪽에서 바깥쪽으로 가열되어 빠르고 균일한 열 분포를 제공합니다.

Ryan Lively, 이원희(노트북), Christopher Jones, Matthew Realff가 광섬유 기반 DAC 시스템을 개발했습니다.

열화상 장치는 탄소 섬유의 열 분포를 보여줍니다.

“섬유는 매우 균일합니다. 이 모든 것을 전기 시스템에 연결하면 에너지가 놀라울 정도로 균일하게 분배되는데, 이는 저항 가열 시스템에서는 드문 일입니다.”라고 Lively는 말했습니다. “탄소 포집 장치를 재생하기 위해 저항 가열을 생각한 것은 우리가 처음은 아닙니다. 그러나 일반적으로 가열은 느리거나 균일하지 않았습니다. 가열하려는 물질 대신 공기를 가열하는 장소가 있습니다.”