内部

化学エンジニアは、コーティングされた炭素繊維を使用し、よりシンプルな設計で蒸気ベースの加熱を排除し、風力エネルギーによって電力を供給することもできます。

銀行のドライブスルーで小切手を預けるという単純な用事として始まったことが、主に本や映画で見られるような「なるほど」という瞬間になりました。

ジョージア工科大学の研究者は、従来の直接空気捕捉 (DAC) システムを簡素化するアイデアに取り組んでいました。 彼らのアプローチは、周囲の風の流れを利用して、新しい種類のコーティングされたカーボンファイバー全体に空気を引き込んで CO2 を捕捉しました。 そうすれば、多くのシステムで使用されている大音量のファンが不要になります。 また、炭素繊維ストランドを急速に加熱して、熱損失を最小限に抑えて捕捉された二酸化炭素を放出し、効率を高めることができます。

しかし、彼らは、これらの新しい吸着剤でコーティングされた炭素繊維を最大限の効果を得るために導入する方法に苦労していました。

「銀行に小切手を預けに行かなければならなかったので、ドライブスルーを通りました。 彼らは文書を運ぶために下に降りてくる古い空気チューブを持っていました」とジョージア工科大学化学・生体分子工学部（ChBE）のトーマス・C・デローチ教授、ライアン・ライブリー氏は語った。 「キャリアの中で、電球の瞬間が訪れることはそう多くはありませんが、チューブを見て、銀行の窓口のチューブ缶のようなものにファイバーを入れることができることに気づきました。

「それは私たちがやったこととほとんど同じで、うまくいきました。」

空気圧チューブをヒントにしたモジュールを配置して、チームはシステムのテストを開始しました。 彼らは、地下隔離に十分な純度の二酸化炭素を生成でき、一般的な DAC システムの構築にかかる多額の初期費用の多くを削減できることを発見しました。 彼らは、6 月 12 日のジュール誌でそのデザインとアプローチについて説明しました。

バンクチューブからインスピレーションを得たキャニスター内の吸着剤でコーティングされたカーボンファイバー。

「この研究は、新世代のDACシステムを概念化しただけでなく、私たちの発明の実際的な動作をある程度示しました」と論文の筆頭著者であり、Livelyの研究室の元博士研究員であるWon Hee Lee氏は述べた。 「私たちはすでに実験室規模のモジュールで周囲の CO2 を捕捉することに成功しています。 ここで、モジュールをスケールアップすることが重要です。 私たちのシステムのコンポーネントはすべて市販されており、製造が比較的簡単であるため、モジュールを大規模に製造するのに技術的なハードルはほとんどありません。」

少なくとも理論的には、チームは実験データを使用して実際のシステムの経済性を予測し、そのスケールアップを実行しました。 彼らは、このシステムが 1 トンあたり 150 ～ 200 ドルで CO2 を回収できることを発見しました。これは、1 トンあたり 300 ～ 600 ドルで炭素を回収すると推定されている建設中の商用システムよりも大幅に安いです。

この研究の共著者には、ジョージア工科大学を直接空気捕捉技術のリーダーとして位置づけている ChBE の研究者が含まれています。 クリストファー・ジョーンズ教授とマシュー・リアルフ教授は、分子レベルからシステムレベルに至るまで、DAC の全領域を Lively と協力して研究しています。

この研究では 2 つの重要な進歩が示されています。

DAC システムは熱を使用して飽和したフィルター材料から CO2 を放出します。 CO2 は収集され、地下に汲み上げたり、燃料や化学薬品の製造に使用したりできます。 通常、システムは外部熱源を使用します。 蒸気は迅速かつ強力であるため、一般的な選択肢ですが、損傷も伴い、追加の凝縮手順が必要になります。 これらのシステムは、すべての熱が逃げるのを防ぐための断熱材も必要とするため、かさばり、高価になります。

Lively とチームは、炭素を好む吸着剤でコーティングされたユニークな炭素繊維ストランドを作成しました。 カーボンファイバーコアは内側から外側へ加熱され、迅速かつ均一な熱分布を実現します。

Ryan Lively、Won Hee Lee (ラップトップ上)、Christopher Jones、Matthew Realff がファイバーベースの DAC システムを開発しました。

熱画像装置は炭素繊維内の熱分布を示します。

「繊維は非常に均一です。 これらすべてを電気システムに接続すると、そのエネルギーが驚くほど均一に分配されますが、これは抵抗加熱システムでは異例のことです」とライブリー氏は述べています。 「炭素回収装置を再生するために抵抗加熱を考えたのは私たちが最初ではありません。 しかし、通常、加熱は遅いか、均一ではありませんでした。 加熱しようとしているものではなく、空気を加熱している場所があります。」