Objectives of project
Projekt řeší jednu z výzev 21. století – zachycování CO2 (CCS) a přeměnu CO2 na organické molekuly (CCU). CO2 je hlavním skleníkovým plynem a snížení jeho koncentrace v atmosféře je nezbytné pro přežití a udržitelný život lidí na Zemi. Přímé emise CO2 z průmyslových procesů a zařízení tvoří více než 22% všech globálních emisí CO2. Projekt METAMORPH se zaměří na tuto antropogenní produkci CO2. Navrhujeme systém pro přímou fotokatalytickou přeměnu CO2 a H2O na paliva a / nebo chemikálie v průmyslovém areálu, než se dostane do atmosféry. Vyrobené uhlohydráty (ethanol / methanol) mohou být poté znovu použity na místě nebo přepraveny jinam pro použití v palivovém a jiném chemickém průmyslu.
Současné snahy o snížení koncentrace CO2 v atmosféře se zaměřují na zachycování a ukládání uhlíku (CCS). Očekává se, že CCS zvládne přibližně 13 Mt CO2 / rok a vzhledem k ročním emisím řádově 30 Gt CO2 / rok není dostatečné řešení k dosažení uhlíkové neutrality. Kromě toho musí být po tisíce let zajištěna bezpečnost úložišť, což vyžaduje technologické a ekonomické investice. Jako alternativu lze použít přístup CCU, který využívá zachycenou konverzi CO2 na chemikálie / paliva. Analýza evropské platformy s nulovými emisemi (ZEP) však naznačuje, že CCU může řešit pouze malou část emisí, přičemž hlavní technologickou bariérou je účinnost materiálů CCU (uhlíková stopa samotných materiálů CCU může být vyšší než snížení CO2) a ekonomická ( náklady na syntetizované produkty jsou několikanásobně vyšší). METAMORPH bude kombinovat nejmodernější materiály k dalšímu zlepšení kapacity CCS a dosažení komerčně životaschopného řešení CCU.
V první fázi projektu bude vyvinut materiál CCS s vynikající sorpční schopností. Sorpční reaktor bude založen na materiálu karbonizovaného polyanilinu (PANi) v různých morfologiích: nanovlákna, sypký materiál, mikročástice. Tyto materiály byly vyvinuty UCT a prokázaly sorpční schopnost CO2 řádově 9,14 mmol / g, což je nejvyšší dosažená kapacita pro materiály na bázi uhlíku. Poté budou tyto materiály CCS kombinovány s fotokatalyzátory pro konverzi CO2 na uhlohydráty, které lze znovu použít jako průmyslovou surovinu. Klíčovým omezením v současné době dostupných materiálů pro zachycování a využití uhlíku (CCU) je jejich nízká účinnost v reálných průmyslových podmínkách. To je způsobeno hlavně nízkou koncentrací CO2, která se dostává do aktivních míst fotoreaktoru. Během projektu METAMORPH budou materiály absorbující CO2 (zejména polyanilinové nanočástice) kombinovány s fotokatalytickými systémy. To tento problém překoná lokálním zvýšením koncentrace CO2 a jeho dostupnosti pro fotokatalýzu. Nakonec bude kombinace těchto hybridních absorbujících / katalytických nanočástic kombinována s nanovlákennými membránami, aby se dále zvětšila povrchová plocha dostupná pro adsorpci a poskytla mechanickou podporu. Použití nanovlákenných membrán také zvýší zpracovatelnost systémů CCU a schopnost začlenit je do nasazitelných fotokatalyzátorů. Během projektu bude vyvinut nový reaktor pro pilotní zachycování CO2 a fotokatalytickou konverzi na organické molekuly a vysoce hodnotné produkty. Projekt přinese dopad na životní prostředí snížením emisí CO2 (CCS a CCU) a ekonomický dopad výroby užitečných organických molekul (CCU). Možnosti CCS a CCU, které METAMORPH povolí, jsou shrnuty na obrázku 2.
Figure 2: Carbon Capture and Utilization Options that will be enabled by METAMORPH membranes.