کنفرانس ملی مهندسی و مدیریت محیط زیست

صفحه اصلی / هفتمین کنفرانس ملی مهندسی و مدیریت محیط زیست

مدیریت یکپارچه CO₂ با مواد پایه کربنی: بررسی نقادانه جاذبها، چارچوبهای فلز-آلی و الکترولیز کربنات مذاب

نویسندگان :

حسن کریمی¹

1- دانشگاه تهران

کلمات کلیدی :

جذب کربن،چارچوب فلز-آلی،الکترولیز کربنات مذاب،C2CNT،شکاف دمای میانی،مواد پایه کربنی،جذب مستقیم از هوا

چکیده :

انتشار جهانی CO₂ از سوختهای فسیلی در سال 2024 به 37.4 میلیارد تن رسید.بالاترین رقم ثبتشده در تاریخ. غلظت جوّی از 420 ppm فراتر رفته است. از منظر مهندسی مواد، گلوگاه اصلی در زنجیره جذب، تبدیل و ذخیرهسازی کربن (CCUS) نه سیاستگذاری، بلکه خود مواد است. مواد پایه کربنی نزدیکترین گزینه به یک بستر جهانی برای CCUS هستند: کربن فعال مشتق از پسماند کشاورزی با هزینه کمتر از 60 دلار به ازای هر تن، CO₂ را در ریزخللهای زیر نانومتری به دام میاندازد؛ چارچوبهای فلز-آلی عاملدارشده با آمین به ظرفیت 2.89 mmol/g در 400 ppm دست مییابند-مرتبط با جذب مستقیم از هوا؛ کامپوزیتهای MOF/الیاف کربن با بازیابی الکتریکی، واجذب را در 4 دقیقه با بازده 66٪ بالاتر از روشهای حرارتی متداول کامل میکنند؛ و الکترولیز کربنات مذاب (C2CNT) در دمای 770 درجه سانتیگراد، CO₂ خروجی دودکش را مستقیماً به نانولولههای کربنی تبدیل میکند. این مقاله مروری نقادانه، با اعمال پنج معیار مهندسی برای غربالگری منابع، پنجرههای عملیاتی پنج بستر جذب را در فضای دما-فشار جزئی CO₂ تعریف میکند. یک شکاف بحرانی-شکاف جذب دمای میانی (MTCG) در بازه 120 تا 300 درجه سانتیگراد-شناسایی میشود که در آن هیچیک از فناوریهای فعلی مبتنی بر کربن عملکرد مطلوبی ندارند؛ دقیقاً همان بازهای که صنایع سیمان (7٪ انتشار جهانی)، فولاد و شیشه در آن فعالیت میکنند. یک شاخص کمّی (Figure of Merit) بر اساس گزینشپذیری، ظرفیت عملیاتی، سرعت بازیابی، هزینه و جریمه انرژی ارائه شده و فناوریها را رتبهبندی میکند: کامپوزیت MOF/الیاف کربن با امتیاز 8.2 برابر کربن فعال در صدر قرار میگیرد. تحلیل ترمو-اقتصادی C2CNT نشان میدهد گرمای واکنش جذب CO₂ توسط Li₂O معادل kJ/mol 158، بین 20 تا 40٪ از تلفات حرارتی را جبران میکند. همچنین یک پروتکل استاندارد برای آزمون جاذبهای جذب مستقیم از هوا (SDATP) و یک ماتریس تصمیمگیری سریع برای مهندسان ارائه میشود.