Fototermična CO2 desorpcija na osnovi ciljanja absorpcijskih vrhov monolitskih sorbentov
Razširjenost tehnologije za zajemanje, pretvorbe in shranjevanje antropogenega ogljikovega dioksida (CO2) se sooča s številnimi izzivi. Ena izmed glavnih ovir pa so predvsem visoki stroški obratovanja. Čeprav je veliko raziskav usmerjenih v razvoj boljše in učinkovitejše zajemanje CO2, pa je zelo malo raziskav usmerjenih v proces sproščanja plina. Trenutno najbolj uporabljena in priznana metoda za sproščanje CO2 je metoda temperaturnega šoka. Pri tej metodi sproščanje dosežemo s segrevanjem celotnega reaktorja > 100 °C, s pomočjo pare ali toplega zraka. Proces je zelo energetsko in časovno potraten, saj lahko traja od par ur do par dni.
Alternativni pristop, ki lahko reši problem visoke porabe energije pri postopku sproščanja je uporaba svetlobe. Svetloba, kot vir energije, se lahko v kombinaciji s fototermičnimi nanodelci pretvori v toploto. V nasprotju s temperaturnim šokom, fototermični pristop omogoča natančno in lokalizirano sproščanje plina iz sorbenta. To je omogočeno zaradi inherentnih lastnosti materiala. Ker pa imajo fototermični nanodelci ozke in definirane absorpcijske vrhove, pa za doseganje največjega fototermičnega učinka, pri najmanjši porabi energije, potrebujemo ozko-spektralne vire svetlobe. Pri takšnih virih je namreč moč svetlobe skoncentrirana v zelo ozkem in definiranem spektralnem območju. Kljub temu, pa je glavni izziv fototermičnega pristopa doseči temperaturo > 100 °C, torej temperaturo za popolno sprostitvijo CO2 in dolgotrajen, večstopenjski proces, brez padca učinkovitosti sorbenta.
Projekt HELICOSS uvaja nov koncept na področje tehnologije zajemanja, pretvorbe in shranjevanja CO2. Koncept se imenuje Sproščanje CO2 pod fototermičnimi pogoji s ciljanjem absorpcijskih vrhov sorbenta (angl. Peak Absorption Targeted Photothermal Desorption). Pri metodi bomo strateško uporabili nizkoenergijske in ozko-spektralne vire svetlobe, kjer se valovna dolžina vira natančno sklada z maksimumom absorpcije λmax termično stabilnega monolitskega fototermičnega sorbenta. Ta pristop omogoča maksimalno učinkovitost pretvorbe svetlobe v toploto, s čimer se doseže popolno sprostitev CO2 iz sorbenta. Glede na preliminarne rezultate, je poraba energije znatno manjša napram že uveljavljeni metodi temperaturnega šoka s paro/toplim zrakom. Študija v okviru projekta pa presega okvir uvedbe nove, inovativne metode. Študija bo omogočila pridobitev novih znanj z raziskovanjem še neraziskanih vidikov fototermično spodbujenega sproščanja plina. To vključuje raziskovanje optimalne strukture sorbenta, katera bo omogočila maksimalen izkoristek svetlobe pri λmax, vzdržljivost in termično stabilnost sorbentov za > 100 ponovitev postopka sproščanja plina, širjenje toplote skozi monolitni sorbent in mehanizem sproščanja CO2 pod fototermičnimi pogoji. Vse to bo prispevalo k pridobitvi novih znanj na tem področju.
Trajanje projekta : 1.1.2025-31.12.2027
Financiranje: Projekt financira Javna agencija za znanstvenoraziskovalno in inovacijsko dejavnost Republike Slovenije (Šifra projekta J2-60031)
Partnerji projekta
Univerza v Novi Gorici
- Assist. Prof. Blaž Belec (PI)
- Anjali
Institut »Jožef Stefan«
Fakulteta za kemijo in kemijsko tehnologijo, Univerza v Mariboru
- Prof. dr. Sebastijan Kovačič
Faze projeta:
- C1: razviti cenovno ugodne, okoljsko sprejemljive, robustne in porozne fototermične monolitne sorbente z visoko kapaciteto zajemanja CO2 (v teku čez celotno obdobje)
- C2: Razkriti optimalno strukturo sorbenta z največjo izpostavljenostjo fototermičnih nanodelcev svetlobi (v teku)
- C3: Raziskati širjenje toplote skozi fototermični monolitni sorbent (v teku)
- C4: natačno definirati optične lastnosti fototermičnih monolitnih sorbentov (Zaključeno)
- C5: izvesti fototermično sproženo sproščanje CO2 z natančnim ciljanjem λmax fototermičnih monolitnih sorbentov, in doseganje > 95% izkoristeka za > 100 ciklov (v teku)
