Сокращение выбросов углекислого газа от небольших систем сжигания, таких как котлы и другое промышленное оборудование, является ключевым шагом на пути к построению более устойчивого, углеродно-нейтрального будущего. Котлы широко используются в различных отраслях промышленности для таких важных процессов, как отопление, выработка пара и производство электроэнергии, что делает их значительным источником выбросов парниковых газов.
Котлы, как правило, довольно эффективны. В результате трудно сократить выбросы CO 2 просто за счет повышения эффективности сгорания. Поэтому исследователи изучают альтернативные подходы к смягчению воздействия выбросов CO 2 на окружающую среду из котлов. Одной из многообещающих стратегий в этом направлении является улавливание CO 2 , выбрасываемого этими системами, и преобразование его в полезный продукт, такой как метан.
Для реализации этой стратегии необходим особый тип мембранного реактора, называемый мембранным реактором распределительного типа (DMR), который может способствовать химическим реакциям , а также разделять газы. Хотя DMR используются в некоторых отраслях промышленности, их применение для преобразования CO2 в метан, особенно в небольших системах, таких как котлы, остается относительно неисследованным.
Этот пробел в исследованиях восполнила группа исследователей из Японии и Польши под руководством профессора Микихиро Номура из Технологического института Сибаура в Японии и профессора Гжегожа Бруса из Университета науки и технологий AGH в Польше. Их выводы были опубликованы в Журнале использования CO2.
Команда использовала двусторонний подход к проблеме посредством численного моделирования и экспериментальных исследований с целью оптимизации конструкции реактора для эффективного преобразования CO 2 из небольших котлов в метан. В своем моделировании команда смоделировала, как газы текут и реагируют в различных условиях. В свою очередь, это позволило им свести к минимуму колебания температуры , гарантируя оптимизацию энергопотребления при сохранении надежности производства метана.
Команда также обнаружила, что, в отличие от традиционных методов, которые направляют газы в одно место, конструкция с распределенной подачей может распределять газы по реактору, а не отправлять их из одного места. Это, в свою очередь, приводит к лучшему распределению CO 2 по мембране, предотвращая перегрев любого места.
«Эта конструкция DMR помогла нам снизить приращение температуры примерно на 300 градусов по сравнению с традиционным реактором с насадочным слоем», — объясняет профессор Номура.
Помимо конструкции с распределенным питанием, исследователи также изучили другие факторы, влияющие на эффективность реактора, и обнаружили, что одной из ключевых переменных является концентрация CO 2 в смеси. Изменение количества CO 2 в смеси влияло на эффективность реакции.
«Когда концентрация CO 2 составляла около 15%, подобно тому, что выходит из котлов, реактор производил метан намного лучше. Фактически, он мог производить примерно в 1,5 раза больше метана по сравнению с обычным реактором, в котором использовался только чистый CO. 2 для работы», — говорит профессор Номура.
Кроме того, команда исследовала влияние размера реактора и обнаружила, что увеличение размера реактора облегчает доступность водорода для реакции. Однако необходимо было учитывать компромисс, поскольку преимущество более высокой доступности водорода требовало тщательного управления температурой, чтобы избежать перегрева.
Таким образом, исследование представляет многообещающее решение проблемы борьбы с основным источником выбросов парниковых газов . Используя DMR, выбросы CO 2 с низкой концентрацией могут быть успешно преобразованы в пригодное для использования метановое топливо.
Полученные преимущества не ограничиваются только метанированием, но могут быть применены и к другим реакциям, что делает этот метод универсальным инструментом для эффективного использования CO2 даже в домашних хозяйствах и на небольших заводах.
