Representação de uma estrutura metal-orgânica (HKUST-1) incorporada em uma matriz de polímero para ser usada como uma membrana para separações de gás eficientes. Crédito:Kutay Sezginel / Laboratório de Materiais Hipotéticos
Um método de modelagem computacional desenvolvido na Swanson School of Engineering da University of Pittsburgh pode ajudar a acelerar a identificação e o projeto de novos materiais de captura e armazenamento de carbono para uso pelas usinas elétricas movidas a carvão do país. As hipotéticas membranas de matriz mista forneceriam uma solução mais econômica do que os métodos atuais, com um custo previsto de menos de $ 50 por tonelada de dióxido de carbono (CO 2 ) removido.
O grupo de pesquisa - liderado por Christopher Wilmer, professor assistente de engenharia química e de petróleo, em colaboração com o co-investigador Jan Steckel, cientista pesquisador do Laboratório Nacional de Tecnologia de Energia do Departamento de Energia dos EUA, e AECOM, com sede em Pittsburgh, publicou suas descobertas no jornal Royal Society of Chemistry Ciência de Energia e Meio Ambiente ("Previsão computacional de alto rendimento do custo de captura de carbono usando membranas de matriz mista").
"As membranas de polímero têm sido usadas há décadas para filtrar e purificar materiais, mas são limitados em seu uso para captura e armazenamento de carbono, "observou o Dr. Wilmer, que lidera o Laboratório de Materiais Hipotéticos na Escola Swanson. "Membranas de matriz mista, que são membranas poliméricas com pequenas, partículas inorgânicas dispersas no material, mostram uma promessa extrema por causa de suas propriedades de separação e permeabilidade. Contudo, o número de polímeros potenciais e partículas inorgânicas é significativo, e, portanto, encontrar a melhor combinação para a captura de carbono pode ser assustador. "
De acordo com o Dr. Wilmer, os pesquisadores desenvolveram sua extensa pesquisa em estruturas metal-orgânicas (MOFs), que são materiais cristalinos altamente porosos criados por meio da automontagem de metal inorgânico com ligantes orgânicos. Esses MOFs, que pode armazenar um maior volume de gases do que os tanques tradicionais, são altamente versáteis e podem ser feitos de uma variedade de materiais e personalizados com propriedades específicas.
Dr. Wilmer e seu grupo exploraram bancos de dados existentes de MOFs hipotéticos e reais para suas pesquisas, resultando em mais de um milhão de membranas de matriz mista em potencial. Eles então compararam a permeação de gás prevista de cada material com dados publicados, e os avaliou com base em um processo de captura de três estágios. Variáveis como taxa de fluxo, fração de captura, As condições de pressão e temperatura foram otimizadas em função das propriedades da membrana com o objetivo de identificar membranas de matriz mista específicas que produziriam um custo acessível de captura de carbono. As implicações potenciais para a pesquisa do grupo de Wilmer são tremendas. Embora as usinas geradas a carvão só nos EUA representem atualmente apenas 30 por cento do portfólio de energia do país, em 2017, eles contribuíram com a maior parte de 1, 207 milhões de toneladas métricas de CO 2 , ou 69 por cento do total de CO relacionado à energia dos EUA 2 emissões de todo o setor elétrico dos EUA. (Fonte:U.S. Energy Information Administration.)
"Nossa modelagem computacional de MOFs hipotéticos e reais resultou em um novo banco de dados de mais de um milhão de membranas de matriz mista com CO correspondente 2 capturar o desempenho e os custos associados, "Dr. Wilmer disse." Outras análises técnico-econômicas produziram 1, 153 membranas de matriz mista com um custo de captura de carbono inferior a US $ 50 por tonelada removida. Assim, o potencial existe para a criação de meios economicamente acessíveis e eficientes de CO 2 captura em usinas de carvão em todo o mundo e efetivamente abordando uma fonte significativa de dióxido de carbono gerado por combustível fóssil na atmosfera. "
