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O que começou como uma simples tarefa de depositar um cheque em um drive-thru do banco tornou-se o tipo de momento “aha” encontrado principalmente em livros e filmes.
Os pesquisadores da Georgia Tech estavam trabalhando em uma ideia para simplificar os sistemas tradicionais de captura direta de ar (DAC). A abordagem deles usou o fluxo do vento ambiente para puxar o ar através de um novo tipo de fibra de carbono revestida para capturar CO2. Isso eliminaria os ventiladores barulhentos usados em muitos sistemas. E os fios de fibra de carbono podem ser rapidamente aquecidos para liberar o dióxido de carbono capturado com perda mínima de calor, aumentando a eficiência.
Mas eles estavam lutando para implantar essas novas fibras de carbono revestidas com sorvente para obter o efeito máximo.
“Tive que depositar um cheque no banco e passei pelo drive-through. Eles tinham os velhos tubos pneumáticos que descem para transportar documentos”, disse Ryan Lively, professor Thomas C. DeLoach na Escola de Química da Georgia Tech. e Engenharia Biomolecular (ChBE). “Não há muitas vezes em que você tenha um momento de lâmpada em sua carreira, mas eu vi os tubos e percebi que poderíamos colocar as fibras em algo como uma caixa de caixa de banco.
“Foi basicamente o que fizemos e funcionou.”
Com os módulos inspirados em tubos pneumáticos instalados, a equipe começou a testar seu sistema. Eles descobriram que poderiam produzir dióxido de carbono com pureza suficiente para o sequestro subterrâneo e eliminar muitos dos custos iniciais substanciais da construção de sistemas DAC típicos. Eles descreveram seu projeto e abordagem na edição de 21 de junho da revista Joule.
“Este trabalho não apenas conceituou uma nova geração de sistemas DAC, mas também mostrou operações práticas de nossa invenção até certo ponto”, disse Won Hee Lee, o primeiro autor do artigo e ex-bolsista de pós-doutorado no laboratório de Lively. “Já capturamos com sucesso o CO ambiente2 com nosso módulo em escala de laboratório. Agora é importante escalar o módulo. Como todos os componentes do nosso sistema estão disponíveis comercialmente e a fabricação é relativamente fácil, deve haver poucos obstáculos técnicos para fazer o módulo em grande escala.”
Pelo menos em teoria, a equipe fez essa ampliação, usando seus dados experimentais para projetar a economia de um sistema prático. Eles e descobriram que o sistema poderia capturar CO2 por US$ 150 a US$ 200 por tonelada – significativamente menos do que os sistemas comerciais em construção que estimam capturar carbono por US$ 300 a US$ 600 por tonelada.
Uma abordagem mais simples
Os co-autores do estudo incluem pesquisadores da ChBE que posicionaram a Georgia Tech como líder em tecnologia de captura direta de ar. Os professores Christopher Jones e Matthew Realff trabalham com Lively em todo o espectro de DAC, desde o nível molecular até o nível de sistemas.
Este trabalho apresenta dois avanços importantes.
Os sistemas DAC usam calor para liberar CO2 de materiais filtrantes saturados. O CO2 é coletado e então pode ser bombeado para o subsolo ou talvez usado para fabricar combustível ou produtos químicos. Normalmente, os sistemas usam uma fonte de aquecimento externa. O vapor é uma escolha popular, porque é rápido e poderoso, mas também é prejudicial e requer uma etapa extra de condensação. Esses sistemas também exigem isolamento para evitar que todo o calor escape, por isso são volumosos e caros.
Lively e a equipe criaram fios de fibra de carbono exclusivos revestidos com um absorvente de carbono. O núcleo de fibra de carbono aquece de dentro para fora, resultando em distribuição de calor rápida e uniforme.
“As fibras são muito, muito uniformes. Quando você conecta tudo isso a um sistema elétrico, você distribui essa energia de maneira notavelmente homogênea, o que é incomum para um sistema de aquecimento por resistência”, disse Lively. “Não somos os primeiros a pensar em aquecimento por resistência para regenerar um dispositivo de captura de carbono. Mas, normalmente, o aquecimento era lento ou não uniforme. Há lugares onde você está aquecendo o ar em vez do que está tentando aquecer.”
O sistema dos pesquisadores usa menos componentes em geral. O design implanta uma série de módulos inspirados em tubos de banco com fios de fibra de carbono em um círculo para capturar CO2 não importa para que lado o vento sopre. O sistema usa uma única bomba de vácuo que gira de módulo para módulo durante a fase de regeneração. E não há necessidade de geradores de vapor, bombas e condensadores para liberar o CO2 e “recarregar” os fios. Ambas as mudanças significam que o sistema é mais simples no geral e mais barato para construir e implantar.
“O custo de capital deste sistema é significativamente menor do que muitos dos sistemas DAC atuais com base na falta de sistemas auxiliares como geração de vapor”, disse Realff. “O custo da energia ainda é um desafio, e precisamos aumentar a quantidade de CO2 podemos adsorver no dispositivo para que o aquecimento sensível das fibras não consuma uma porção muito grande do calor total.”
Mas Realff disse que o aquecimento rápido e o ciclo rápido do sistema são uma grande promessa para uma abordagem mais produtiva para a captura direta de ar: “O fato de podermos produzir um protótipo funcional e demonstrá-lo em escala de bancada em meses é uma característica notável da tecnologia. .”
Idealmente, o sistema DAC da equipe poderia estar localizado em um parque eólico, usando energia renovável de turbinas eólicas. Mas mesmo usando energia da rede atual, a análise de Reallf mostrou que o projeto da equipe ainda removeria CO suficiente2 da atmosfera para ser carbono negativo.
Outra vantagem da abordagem da equipe é o fio de fibra de carbono. O material tem as propriedades mecânicas e elétricas corretas, está prontamente disponível, é fabricado de forma sustentável em grandes quantidades e não é proibitivamente caro.
Agora, a equipe está procurando aumentar a qualidade do dióxido de carbono que podem produzir. Eles atingiram 80% de pureza – bom o suficiente para armazenamento subterrâneo, mas gostariam de atingir a pureza de 99% necessária para reutilizações produtivas, como a fabricação de produtos químicos ou combustíveis. Eles estão trabalhando com o Georgia Tech Research Institute para refinar e automatizar seu sistema com esse objetivo em mente e estão trabalhando para instalar um sistema de teste no topo de um prédio do campus.
“Eu tenho trabalhado em DAC por mais de uma década, e quase todos os projetos que vi dependem principalmente de energia térmica para dessorção”, disse Jones, que também é o John F. Brock III School Chair do ChBE. “Uma tecnologia que permite aquecimento local rápido e uso de eletricidade renovável expande a gama de opções de design do desenvolvedor de tecnologia DAC.”
Esta pesquisa foi financiada pela Agência de Projetos de Pesquisa Avançada-Energia do Departamento de Energia dos Estados Unidos, concessão No. DE-AR0001414. Quaisquer opiniões, achados e conclusões ou recomendações expressas neste material são de responsabilidade dos autores e não refletem necessariamente as opiniões de nenhuma agência financiadora.
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