نانوافزودنی ها به فراوری مقرون به صرفه و زیست سازگار هیدورژن یاری می نمایند - وبلاگ سیمبیان

به گزارش وبلاگ سیمبیان، محققان نشان دادند که با استفاده از یک روش ساخت منحصر به فرد می توان انتشار دی اکسید کربن از فرآیند های فراوری هیدروژن مبتنی بر گاز های طبیعی را با رسوب مستقیم کربن دوبعدی به عنوان یک نانوافزودنی سیمان خنثی کرد.

به گزارش گروه دانشگاه وبلاگ سیمبیان، در مقاله ای که در مجله Nano Energy منتشر شد، محققان نشان دادند که با استفاده از یک روش ساخت منحصر به فرد می توان انتشار دی اکسید کربن از فرآیند های فراوری هیدروژن مبتنی بر گاز های طبیعی را با رسوب مستقیم کربن دوبعدی به عنوان یک نانوافزودنی سیمان خنثی کرد.

هیدروژن (H 2) به عنوان یک منبع انرژی پاک برای جایگزینی سوخت های فسیلی است، اما فراوری هیدروژن بدون فراوری کربن با قیمت ارزان برای کربن زدایی در سراسر دنیا لازم است. الکترولیز آب و تبدیل گاز طبیعی (NG) به هیدروژن روش های کاملاً ثابت شده برای فراوری هیدروژن در مقیاس انبوه است.

تبدیل متان به هیدروژن ممکن است هیدروژن را با هزینه کمتری نسبت به هیدرولیز بدون کربن فراوری کند که به انرژی زیادی احتیاج دارد که منجر به هزینه های بالا و راندمان ضعیف می گردد. در حال حاضر، 95 درصد از هیدروژن به وسیله فرآیند اصلاح بخار متان (SMR) فراوری می گردد که منجر به فراوری حجم زیادی از دی اکسید کربن (CO 2) می گردد.

روش های جذب و ذخیره کربن (CCS) برای به حداقل رساندن انتشار CO 2 از تبدیل گاز طبیعی به هیدروژن استفاده می شوند. با این وجود، در حال حاضر استفاده از جذب و ذخیره کربن برای گرفتن تمام CO 2 فراوری شده از فراوری هیدروژن غیرعملی است.

جمع آوری CO 2 مایع از اصلاح بخار متان با جذب و ذخیره کربن به مواد شیمیایی و انرژی زیادی احتیاج دارد که باعث افزایش قیمت می گردد.

اصلاح بخار متان نیز ممکن است با شکستن متان جایگزین گردد تا کربن جامد در طول واکنش جمع آوری و ذخیره گردد. با این وجود، مدیریت این کربن پوشش دار (کربن D)، که با توجه به مصرف فعلی هیدروژن ممکن است تا 360 میلیون تن وزن داشته باشد، منجر به انتشار کربن بالا می گردد.

فرض بر این بود که یک رویکرد انقلابی تر برای رسوب مستقیم کربن در یک پیکربندی دوبعدی به عنوان افزودنی به فراوری سیمان ممکن است کاهش قابل توجهی در خروجی کربن ایجاد کند.

استفاده از مواد سیمانی شامل ملات و سیمان در دنیا بسیار زیاد است. در نتیجه، مواد سیمانی یک گزینه عالی برای افزایش احتیاج به کربن D است.

نانوصفحات کربنی دوبعدی (CNS)، مانند اکسید گرافن (GO)، یکی از کارآمدترین اصلاح کننده های سیمان هستند که مصرف سیمان و انتشار CO 2 مربوطه را کاهش می دهند. با این وجود، قیمت بالای نانوصفحات کربنی و پدیده های خوشه بندی مانع از استفاده گسترده آن ها می گردد.

اگر کربن D ارزان قیمت مانند نانوصفحات کربنی عمل کند، ممکن است برای به حداقل رساندن مصرف سیمان و در نتیجه انتشار کاهش کربن استفاده گردد. برای اینکه چنین رویه ای از نظر مالی برای بخش سیمان امکان پذیر باشد، سه مانع بزرگ باید به طور همزمان حل گردد.

برای آغاز، نانوصفحات کربنی دوبعدی باید فوراً در شکل مناسب قرار داده شوند که ممکن است سیمان را بهبود بخشد. ثانیاً، نانوصفحات کربنی دوبعدی باید بدون هیچ مسئله ای در انطباق، در بتن پراکنده شوند. برای دستیابی به هزینه مالی، نباید هیچ سنتز شیمیایی برای این کار لازم باشد.

در این مطالعه، پشتیبان های سازگار با سیمان چند منظوره منحصر به فرد استفاده شد که نه تنها اجازه پوشش مستقیم نانومواد کربنی دوبعدی در فرآیند کرک متان را می دهد، بلکه به عنوان یک انتقال دهنده کربن دو بعدی برای پراکندگی کارآمد در تقویت سیمان عمل می نماید.

آنالیز ها نشان داد که کربن D دو بعدی ممکن است سختی مخلوط بتن را تا 36 درصد بدون هیچ گونه سنتز شیمیایی اضافی افزایش دهد. نشان داده شد که این طرح فراوری منحصر به فرد اجازه می دهد تا خطوط متعارف تبدیل گاز طبیعی (NG) -هیدروژن و خطوط فراوری سیمان به هم متصل شوند که منجر به صرفه جویی 99 درصدی در هزینه برای افزودنی های نانو کربنی دو بعدی شده و انتشار کربن را به شدت کاهش می دهد.