بالعربي

جهاز تطهير غاز ثاني أكسيد الكربون

جهاز تطهير غاز ثاني أكسيد الكربون

جهاز تطهير غاز ثاني أكسيد الكربون: عبارة عن جهاز يعمل على امتصاص غاز ثاني أكسيد الكربون. ويُستعمل لمعالجة الغازات العادمه الناتجة من المنشآت الصناعية، أو الموجودة في الهواء المنطلق من أنظمة دعم الحياة كالجهاز المُتَنَفّس، أو الموجود في المركبات الفضائية، أو القطع البحرية القابلة للعمل تحت الماء، أو الغرف محكمة الإغلاق. كما يُستخدم الجهاز أيضًا في التخزين ضمن بيئة مراقبة.

التقنيات

تطهير الأمين

التطبيق السائد لتطهير غاز ثاني أكسيد الكربون، هو التخلص من غاز ثاني أكسيد الكربون من عوادم محطات الطاقة العاملة بالفحم والغاز. تتضمن التقنية الوحيدة التي يجري عليها التقييم على محمل الجد، أنواع مختلفة من الأمين كالمونوايثانولأمين. حيث ترتبط المحاليل الباردة من المركبات العضويه مع  CO2،ولكن تنعكس هذه العملية على درجات حرارة مرتفعة.

CO2 + 2 HOCH2CH2NH2 ↔ HOCH2CH2NH3+ + HOCH2CH2NH(CO2)

اعتبارًا من عام 2009، تم تطبيق هذه التقنية بصورة قليلة؛ وذلك بسبب التكاليف الرأسمالية لتركيب المنشأة و تكاليف التشغيل للاستفادة منها.

 

المعادن والزيوليت

بعض من المعادن، كالسربينتينايت، هيدروكسيد سيليكات المغنيسيوم، و الزبرجد الزيتوني، و المواد المشابهة للمعادن ترتبط عكسيًا مع CO2. في أغلب الأوقات، تكون هذه المعادن عبارة عن أكاسيد و يرتبط غاز الCO2  معها بصورة كربونات،فمثلًا: يتفاعل ثاني أكسيد الكربون مع الجير (أكسيد الكالسيوم)  لتشكيل الحجر الجيري (كربونات الكالسيوم)، من خلال عملية تسمى بالحلقة الكربونية. كما أن المناخل الجزيئية تستخدم أيضًا في هذا المجال.

وقد اقتُرِحت الكثير من عمليات التطهير؛ للتخلص من غاز CO2 من الهواء أو من غازات المداخن. بالعادة، تتضمن هذه العمليات استخدام عملية الكرافت بصورة مختلفة. كما يُمكن أن تكون عمليات التطهير مبنية على هيدروكسيد الصوديوم.

يُمتص غاز الCO2 داخل المحلول و ينتقل إلى الجير في عملية تسمى اللذع، ثم ينبعث داخل الفرن. مع بعض التغييرات للعملية الحالية، يمكن تأسيس فرن يعمل على غاز الأكسجين، والنتيجه النهائية عبارة عن تيار مركّز بغاز الCO2 جاهز للتخزين و الاستعمال كوقود.

هناك عملية بديلة لهذه العملية الحرارية و الكيماوية هي العملية الكهربائية، وفي هذه العملية يتم تطبيق الجهد الاسمي عبر محلول الكربونات؛ لإطلاق غاز الCO2. في حين تعتبر هذه العملية بسيطة، إلا أنها تستهلك المزيد من الطاقة الكهربائية وبنفس الوقت تعمل على تقسيم ذرات المياه. وبما أن هذه العملية تعتمد على الكهرباء؛ فإنها تحتاج إلى مصدر متجدد للكهرباء مثل ال”PV”. على خلاف ذلك، يجب أخذ غاز الCO2 الذي يُنتج أثناء إنتاج الكهرباء في عين الاعتبار. التجسيد المبكر عن التقاط الهواء كان يعتمد على الكهرباء كمصدر طاقة؛ وبالتالي كانت تعتمد على مصدر خالي من الكربونات. لكن أنظمة التقاط الهواء الحرارية تستخدم الحرارة المتولدة في الموقع؛ مما يقلل من مواطن الضعف المرتبطة بإنتاج الكهرباء خارج الموقع، بالإضافة إلى حاجتها إلى مصدر للحرارة (خالي من الكربون). ومن الأمثلة على تلك المصادر هي: الطاقة الشمسية المركزة. [8]

 

هيدروكسيد الصوديوم

قام زيمان و لاكنر بتلخيص طريقة محددة لالتقاط الهواء. [9]

أولًا- يتم امتصاص غاز ثاني أكسيد الكربون بواسطة محلول قلوي لهيدروكسيد الصوديوم لإنتاج كربونات الصوديوم المذابة. تفاعل الامتصاص: عبارة عن تفاعل غاز سائل، و طارد للحرارة بشدة، كما هو مبين:

2NaOH(aq) + CO2(g) → Na2CO3(aq) + H2O(l)

Na2CO3(aq) + Ca(OH)2(s) →-> 2NaOH(aq) + CaCO3(s)

ΔH° = -5.3 kJ/mol

 

يتم تنفيذ عملية اللذع بطريقه مطلقة في مصانع اللب و الورق، و ينتقل %94 من أيونات الكربون بسهولة من الصوديوم إلى الكالسيوم الموجب. [9] وفي وقت لاحق، يتم تصفية راسب كربونات الكالسيوم من المحلول، و يتم تحليله حراريًا لإنتاج غاز CO2.

تفاعل التكليس هو التفاعل الوحيد الماص للحرارة، كما هو مبين أدناه:

CaCO3(s) → CaO(s) + CO2(g)

ΔH° = + 179.2 kJ/mol

يتم تأدية التحليل الحراري للكالسيت في فرن مصنوع من الكلس، الذي يتم إشعاله بواسطة الأكسجين؛ وذلك لتجنب أي خطوة إضافية لفصل الغاز. عملية تمييع الكلس تُكمل الحلقة، يُمكن تنفيذ عملية تمييع الكلس بواسطة الماء أو البخار، و هي عملية طاردة للحرارة. باستخدام المياه، تُصبح تفاعل سائل/صلب كما هو مبين أدناه:

CaO(s) + H2O(l) → Ca(OH)2(s)

ΔH° = -64.5 kJ/mol

 

هيدروكسيد الليثيوم

من القواعد القوية الأخرى، القادرة على التخلص من ثاني أكسيد الكربون بطريقة كيميائية (بواسطة التفاعل معها): جبر الصودا، هيدروكسيد الصوديوم، هيدروكسيد البوتاسيوم و هيدروكسيد الليثيوم.
على وجه الخصوص، يتم استخدام هيدروكسيد الليثيوم على متن المركبة الفضائية، كما هو الحال في برنامج أبولو، لإزالة ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي. حيث يتفاعل مع ثاني أكسيد الكربون لتكوين كربونات الليثيوم: [10]

2 LiOH(s) + 2 H2O(g) → 2 LiOH·H2O(s)

2 LiOH·H2O(s) + CO2(g) → Li2CO3(s) + 3 H2O(g)

التفاعل الكلي كالآتي:

2LiOH(s) + CO2(g) → Li2CO3(s) + H2O(g)

يُمكن استخدام بيروكسيد الليثيوم أيضًا؛ لأنها تمتص المزيد من ال CO2  لكل وحدة وزن، مع ميزة إضافية تتمثل في الإفراج عن الأكسجين.=

 

 

 

نظام إزالة ثاني أكسيد الكربون التجديدي

نظام إزالة ثاني أكسيد الكربون التجديدي، الموجود على المكوك الفضائي المتتبع، يستخدم نظام ذو سريرين، الذي يعمل على التخلص من ثاني أكسيد الكربون بصورة مستمرة، دون الحاجة إلى المنتجات القابلة للاستهلاك. سمح النظام المتجدد لمهمة المكوك الفضائي، البقاء فترة أطول في الفضاء، دون الحاجة إلى تجديد العلب الماصة الخاصة بها.
تم استبدال الأنظمة المُستندَة على هيدروكسيد الليثيوم (LiOH)، والتي تُعتبر أنظمة غير متجددة، بأنظمة متجددة مستندة على أكاسيد المعادن. النظام المبني على أكاسيد المعادن، يتكون أساسًا من علب ماصة مكوَّنة من أكاسيد المعادن، و تركيبة متجددة. ويعمل هذا النظام من خلال التخلص من ثاني أكسيد الكربون باستخدام المواد الماصة، و من ثم تجديد تلك المواد. يُمكن إعادة إنشاء العلبة الماصة المكوّنة من أكاسيد المعادن، من خلال ضخ الهواء بمعدل تدفق قياسي 7.5 قدم3 في الدقيقه (0.0035 متر3 في الثانيه) على درجة حرارة 400 فهرنهايت (204 سيليسيوس) لمدة 10 ساعات.

 

الكربون المنشط

يُمكن استخدام الكربون المنشَّط في جهاز تطهير غاز ثاني أكسيد الكربون. وذلك للهواء المحتوي على كميات كبيرة من غاز ثاني أكسيد الكربون، مثل الهواء المُنبعث من مواقع تخزين الفاكهة. يُمكن نفخ الهواء في أسِرّة تحتوي على الكربون المنشَّط و سيتم امتصاص غاز ثاني أكسيد الكربون بواسطته. عندما تتشبع الأسرة، يجب تجديدها عن طريق نفخ الهواء المحتوي على كميات منخفضة من ثاني أكسيد الكربون، مثل الهواء المحيط من خلالها. هذا سيعمل على تحرير ثاني أكسيد الكربون من السرير، ويُمكن بعدها استخدامه للتطهير مرة أخرى؛ وبالتالي، تُصبح الكمية الصافية من غاز ثاني أكسيد الكربون نفس الكمية الموجودة في الهواء عند بدء العملية.

 

أساليب أخرى

لقد تم مناقشة مواد و أساليب أخرى لتطهير غاز ثاني أكسيد الكربون،وهيَ:

الامتصاص

نظام إزالة ثاني أكسيد الكربون التجديدي

البناء الضوئي ،على سبيل المثال: الطحالب المبنيه على أحواض الكربون

غشاء من البوليمر لفصل الغازات

المبادلات الحرارية التي تعمل بصورة عكسية

المراجع

  1. Jump up^Gary T. Rochelle (2009). “Amine Scrubbing for CO2 Capture”. Science 325(5948): 1652. Bibcode:..325.1652R.doi:10.1126/science.1176731.
  2. Jump up^Sunho Choi; Jeffrey H. Drese; Christopher W. Jones (2009). “Adsorbent Materials for Carbon Dioxide Capture from Large Anthropogenic Point Sources”. ChemSusChem 2 (9): 796–854. doi:1002/cssc.200900036.PMID 19731282.
  3. Jump up^“Imagine No Restrictions On Fossil-Fuel Usage And No Global Warming”.ScienceDaily. April 15, 2002.
  4. Jump up^“Natural Mineral Locks Up Carbon Dioxide”Sciencedaily. September 3, 2004. Retrieved 2011-06-01.
  5. Jump up^http://www.tececo.com/sustainability.tececo_kiln.php[dead link]
  6. Jump up^Kenneth Chang (February 19, 2008). “Scientists would turn greenhouse gas into gasoline”The New York Times. Retrieved 2009-10-29.
  7. Jump up^“Chemical ‘sponge’ could filter CO2 from the air – environment”New Scientist. October 3, 2007. Retrieved 2009-10-29.
  8. Jump up^“Can technology clear the air? – environment”New Scientist. January 12, 2009. Retrieved 2009-10-29.
  9. Jump up to:ab S. Zeman; K. S. Lackner (2004). “Capturing carbon dioxide directly from the atmosphere”. World Resour. Rev. 16: 157–172.
  10. Jump up^R. Jaunsen (1989). “The Behavior and Capabilities of Lithium Hydroxide Carbon Dioxide Scrubbers in a Deep Sea Environment”US Naval Academy Technical Report. USNA-TSPR-157. Retrieved 2008-06-17.
  11. Jump up^Petzow, G. N.; Aldinger, F.; Jönsson, S.; Welge, P.; Van Kampen, V.; Mensing, T.; Brüning, T. (2005). “Beryllium and Beryllium Compounds”.Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry.doi:1002/14356007.a04_011.pub2ISBN3527306730.
  12. Jump up^“Carbon Dioxide Removal”. Hamilton Sundstrand. Archived from the originalon 2007-10-31. Retrieved 2008-10-27. The new metal-oxide-based system replaces the existing non-regenerable lithium hydroxide (LiOH) carbon dioxide (CO2) removal system located in the EMU’s Primary Life Support System.
  13. Jump up^“Adsorption and Desorption of CO2on Solid Sorbents” (PDF).doe.gov.

 

 

 

 

 

تعليق ١

آخر المقالات