Yeni Polimer Membran Teknolojisi ile Karbondioksit Yakalama Verimliliği Arttırılıyor
Araştırmacılar, karbondioksitin (CO2) enerji santrallerinin sebep olduğu emisyonların da aralarında bulunduğu karışık gazlardan daha verimli bir şekilde uzaklaştırılmasını sağlayan yeni bir membran teknolojisi geliştirdiler.
Çalışma makalelerinden birinin ortak yazarı olan Rich Spontak, “Ürettiğimiz yeni membranların kapasitesini göstermek için karbondioksit ve nitrojen karışımlarına baktık, çünkü karbondioksit/azot dioksit karışımları özellikle enerji santrallerinin sebep olduğu sera gazı emisyonlarının azaltılmasında oldukça önemli.” diyor. “Ve nispeten yüksek karbondioksit geçirgenliğini korurken karbondioksiti uzaklaştırmak için membranların seçiciliğini büyük ölçüde iyileştirebileceğimizi gösterdik.”
North Carolina State University’de Kimya ve Biyomoleküler Mühendisliği Bölümünde Ordinaryüs Profesör ve Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Profesörü olan Spontak, “Doğal gaz endüstrisi için önemli olan karbondioksit ve metan karışımlarına da baktık.” diyor. “Ayrıca, bu karbondioksit filtreleyen membranlar, ister biyomedikal bir uygulama olsun isterse bir denizaltıda havadan karbondioksiti temizleme olsun, karışık gazlardan karbondioksitin uzaklaştırılması gereken herhangi bir durumda kullanılabilirler.”
Membranlar, fiziksel anlamda fazla yer kaplamadıkları, çok çeşitli boyutlarda üretilebildikleri ve kolayca değiştirilebildiklerinden, karışık gazlardan karbondioksiti uzaklaştırmak için ilgi çeken bir teknoloji. Karbondioksit giderimi için sıklıkla kullanılan bir diğer teknoloji de, içerisinde gazdan karbondioksiti ayıracak sıvı amini içeren bir kolondan karışık gazların köpürmesiyle gerçekleşen kimyasal absorpsiyondur. Ancak, absorpsiyon teknolojileri önemli ölçüde daha büyük bir ayak izine sahiptir ve sıvı aminler toksik ve aşındırıcı olma eğilimi gösterirler.
Bu membran filtreler, karbondioksitin karışık gazdaki diğer bileşenlere göre membrandan daha hızlı geçmesi prensibiyle çalışırlar. Sonuç olarak, membranın diğer tarafından çıkan gaz, membrana giren gazdan daha yüksek oranda karbondioksite sahip olur. Membrandan çıkan gazı yakalayarak, diğer bileşen gazlardan daha fazla karbondioksit yakalayabilirsiniz.
Bu tür membranlar için çoktandır devam eden zorluklardan biri geçirgenlik ve seçicilik arasında yapılması gereken seçim olmuştur. Geçirgenlik ne kadar yüksek olursa, gazı membrandan o kadar hızlı geçirebilirsiniz. Ancak, geçirgenlik arttığında seçicilik azalır, yani nitrojen veya diğer bileşenlerin de zardan hızla geçerler ve bu durum karbondioksitin karışımdaki diğer gazlara oranını azaltır. Başka bir deyişle, seçicilik düştüğünde nispeten daha az karbondioksit yakalarsınız.
ABD ve Norveç’ten araştırmacıların dahil olduğu araştırma ekibi, mevcut membranların yüzeyinde hem hidrofilik hem de CO2-filik olan kimyasal olarak aktif polimer zincirleri büyüterek bu sorunu ele aldı. Bununla birlikte karbondioksit seçiciliği arttırıldı ve geçirgenlikte nispeten küçük bir azalma görüldü.
Norveç’te bağımsız bir araştırma şirketi olan SINTEF Industry’de kıdemli araştırmacı bilim insanı ve makalenin yazarlarından olan Marius Sandru, “Kısacası, geçirgenlikte küçük bir değişiklik yaparak seçiciliği yaklaşık 150 kat kadar artırabileceğimizi gösterdik.” diyor. “Bu sayede gaz karışımlarındaki diğer türlere göre çok daha fazla karbondioksit yakalıyoruz.”
Membran karbondioksit filtrelerinin karşılaştığı bir diğer zorluk da maliyet olmuştur. Önceki membran teknolojileri ne kadar etkili oldularsa, bir o kadar pahalı olma eğilimindeydiler.
Spontak, “Ticari olarak kullanılabilir bir teknoloji yaratmak istediğimiz için halihazırda yaygın olarak kullanılan membranlarla başladık.” diyor. “Daha sonra seçiciliği artırmak için bu membranların yüzeyini tasarladık. Bu işlem maliyeti artırsa da membranların uygun maliyetli olacağını düşünüyoruz.”
Sandru, “Bir sonraki adımlarımız, burada geliştirdiğimiz tekniklerin karşılaştırılabilir, hatta daha üstün sonuçlar elde etmek için diğer polimerlere ne ölçüde uygulanabileceğini görmek ve nanofabrikasyon sürecini geliştirmek.” diyor. “Dürüst olmak gerekirse, buradaki sonuçlar heyecan verici olsa da bu modifikasyon prosesini henüz optimize etmeye çalışmadık. Makalemizde kavram kanıtlama sonuçları bildiriliyor.”
Araştırmacılar aynı zamanda, bu yeni membran teknolojisinin su ürünleri sektöründe, biyomedikal ventilatör cihazlarında ya da filtrasyon cihazlarında kullanılıp kullanılamayacağı gibi diğer uygulamaları keşfetmekle de ilgileniyorlar.
Araştırmacılar, küresel iklim değişikliğini azaltmaya ve cihaz işlevini iyileştirmeye yardımcı olmak için bu sorulardan veya fırsatlardan herhangi birini keşfetmek için endüstri ortaklarıyla çalışmaya açık olduklarını söylüyorlar.
Makale, Science dergisinde yayımlandı.
Kaynak: phys.org
