.High-selectivity graphene membranes enhance CO₂ capture efficiency

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.High-selectivity graphene membranes enhance CO₂ capture efficiency

고선택성 그래핀 멤브레인은 CO₂ 포집 효율을 향상시킵니다

이산화탄소 포집을 위한 고성능 그래핀 멤브레인

저자: Ingrid Fadelli, Phys.org 기공 가장자리에 피리딘 N(보라색 구체로 표시)을 호스팅하는 다공성 그래핀의 개략도. 생성된 막은 CO 2 에 대해 매우 선택적입니다 . 출처: Dr. Kuang-Jung Hsu.JULY 6, 2024

이산화탄소(CO₂) 배출을 줄이는 것은 기후 변화를 완화하고 지구 환경을 보호하는 데 중요한 단계입니다. 특히 발전소와 산업 시설에서 CO₂ 배출을 줄이기 위해 제안된 기술 중 하나는 탄소 포집입니다. 탄소 포집은 혼합 가스 배출물 에서 CO₂를 분리 하고 포집하여 공기 중으로 방출되는 것을 방지하는 것을 수반합니다. 이를 수행하는 한 가지 방법은 선택적 "장벽" 역할을 하는 특수 멤브레인을 사용하여 CO₂가 통과하고 흡수하도록 하는 동시에 다른 가스의 통과를 차단하는 것입니다.

지금까지 CO₂를 포집할 수 있는 고성능 저비용 멤브레인을 개발하는 것은 어려운 일로 판명되었습니다. 이로 인해 이러한 솔루션의 실제 적용 가능성이 크게 감소했습니다. 로잔 연방 공과대학(EPFL)의 연구원들은 최근 고성능 탄소 포집을 가능하게 할 수 있는 새로운 그래핀 멤브레인을 소개했습니다. Nature Energy 에 게재된 논문에 제시된 이 멤브레인은 기공 가장자리 에 피리딘 질소를 통합하여 CO₂가 기공에 결합되는 것을 용이하게 합니다. "우리는 그래핀 멤브레인의 분리 성능을 향상시키고자 했습니다." 논문의 책임 저자인 쿠마르 바룬 아그라왈이 Phys.org에 말했습니다.

"우리는 그래핀의 다공성을 높이고, 기공의 크기 분포를 개선하고, 기공에 폴리머 그룹을 추가하여 CO 2 /N 2 선택성을 개선하고 높은 CO 2 투과도를 얻기 위해 많은 작업을 했습니다. 그러나 우리는 높은 투과도나 높은 선택성 중 하나만 얻었을 뿐, 둘 다 얻지는 못했습니다." Agrawal과 그의 동료들은 과거 문헌을 검토하고 탄소 포집을 위한 멤브레인을 개발하기 위한 자체 연구를 수행한 후, 높은 선택성과 투과성을 모두 보이는 그래핀 기반 멤브레인이 여전히 부족하다는 것을 깨달았습니다. 이러한 솔루션을 개발하기 위해 그들은 CO₂와 그래핀 기공의 결합을 개선하는 방법을 고안하기 시작했습니다.

그들이 제안한 방법은 암모니아를 실온에서 산화된 단일 층 그래핀에 노출시키는 것을 수반합니다. 이 과정은 막의 기공 가장자리에 피리딘 질소를 통합하는 것으로 밝혀졌으며 , 이는 이러한 기공과 CO 2 의 결합을 증가시킵니다 . "우리는 피리딘 N의 형태로 그래핀 기공에 원자 N을 도입했습니다." Agrawal이 말했습니다. "이 형태의 N은 CO 2 에 대한 친화성이 높습니다 .

이 접근 방식은 그래핀 격자가 원자 두께로 유지되고 높은 선택성과 투과성을 모두 얻을 수 있기 때문에 유익합니다." 연구자들은 그들의 방법이 20 vol% CO 2 를 포함하는 흐름에서 53의 유망한 평균 CO 2 /N 2 분리 계수와 10,420의 평균 CO 2 투과도를 갖는 멤브레인을 만들어냈다는 것을 발견했습니다 . 부피 %가 ~1인 희석된 CO 2 흐름의 경우 멤브레인은 1,000 이상의 분리 계수를 달성했습니다. "우리는 간단한 방법으로 피리딘 N을 통합할 수 있었습니다. 다공성 그래핀을 암모니아에 담그기만 하면 됩니다." Agrawal이 말했습니다. "우리는 이것이 뛰어난 투과성을 유지하면서 CO 2 /N 2 선택성을 현저히 개선하는 데 도움이 된다는 것을 알아챘습니다 . 또한 , 이것은 희석된 CO 2 공급에 대해 1,000 이상의 매우 높은 CO 2 /N 2 선택성을 가져왔고 , 이는 매우 매력적입니다."

Agrawal과 그의 동료들이 개발한 그래 핀 멤브레인과 이를 제작하는 데 사용된 접근 방식은 탄소 포집 기술 의 대규모 구현에 새로운 기회를 열 수 있습니다 . 연구자들은 현재 멤브레인을 확장하고 롤투롤 합성으로 제작을 단순화하여 향후 상용화를 용이하게 하기 위해 노력하고 있습니다.

추가 정보: Kuang-Jung Hsu et al, 고성능 CO 2 포집을 위한 기공 가장자리에 피리딘 질소를 포함하는 그래핀 멤브레인, Nature Energy (2024). DOI: 10.1038/s41560-024-01556-0 저널 정보: Nature Energy

https://phys.org/news/2024-07-high-graphene-membranes-capture-efficiency.html

mssoms 메모 2407080427

일론 머스크 1억 달러 상금 건 탄소제거기술 공모전, 인류 미래 구할까

일론 머스크가 이산화탄소를 제거하는 최고의 XPRIZE Carbon Removal프로젝트다. 머스크는 2025년 지구의 날(4월22일)까지를 기한으로 연간 1천 톤 규모의 이산화탄소를 포집해 100년 이상 격리할 수 있는 기술을 만들자는 과제를 제시했다. 모두 1133곳의 업체가 참가해 현재 15개 기업이 최종 본선에 진출했다. 2025년에 발표하는 우승 기업은 8천만 달러(약 1022억 원)의 상금을 가져간다.

전기자동차, 우주비행 등 인류의 미래 기술에 큰 관심을 보여 온 머스크가 탄소포집 기술에 투자하는 이유는 지금처럼 온실가스를 배출해선 탄소 순환 균형이 오지 않기 때문이다.

국제에너지기구(IEA)는 2020년 특별보고서에서 “탄소 포집·활용·저장 기술(CCUS) 없이는 넷제로(Net Zero)에 도달하는 것은 불가능”하다고 전망하기도 했다. 넷제로란, 온실가스 배출량과 제거량이 같아 순배출량이 '0'이 되는 상태를 뜻한다.

1.
지구촌의 탈탄소화는 우주시대을 맞는 스페이스 x사의 피할 수 없는 문제해결의 필연적 과제이다.

우주로 날아가는 로켓은 연료를 태우는 과정에서 오염 물질을 방출한다. 지구 중력을 이기기 위해 엄청난 연료를 연소하는 만큼 배출하는 양도 많다. 팰컨9은 한 번 발사될 때 연료로 케로신(등유) 112t을 쓴다. 케로신 1kg를 태우면 이산화탄소 3kg 정도가 배출되니 한 번 발사에 적어도 336t의 이산화탄소를 방출하는 셈이다. 이는 보잉 747 비행기 395대가 대서양을 건널 때 내는 이산화탄소의 양과 같다.

2.
그러나 자료들은 보면, 이산화탄소의 용도는 의외로 광범위하다. 식료품에서 의료 마취제 반도체까지 산업적으로 귀중한 자원이다.

그리고 화성 유인 탐사의 가장 큰 문제 중 하나는 돌아올 때 사용할 연료까지 싣고 출발해야 한다는 점이다. 이 문제는 화성에 있는 물질로 연료를 생산할 수 있다면 극복할 수 있다. 미국 연구팀이 이런 가능성을 높일 수 있는 이산화탄소-메탄 고효율 전환 기술을 개발했다.
화성에는 이산화탄소가 대기의 95% 이상을 차지할 정도로 많다.

국제우주정거장(ISS)에서는 우주비행사들이 배출한 이산화탄소로 로켓용 메탄을 생산, 우주정거장 궤도 유지에 사용하고 있다. 하지만 구리(CU) 기반 촉매를 사용하는 이 반응은 효율성과 선택성이 낮아 널리 활용되지 못하고 있다. 연구팀은 연구에서 구리 기반 촉매 대신 탄소 원자로 이루어진 나노미터(㎚=10억분의 1ｍ) 두께의 얇은 막인 그래핀을 기반으로, 각종 기능성 분자단(-OH, -NH₂, -COOH, -SO₃)을 결합한 그래핀 양자점 촉매를 개발해 CO₂→메탄 전환 효율과 선택성을 실험했다. 그 결과 그래핀 양자점 촉매는 이산화탄소를 정확하게 메탄으로 바꾸는 선택성과 전환 효율이 모두 구리 기반 촉매보다 월등히 높은 것으로 나타났다.

No photo description available.

mssoms memo 2407080427

Elon Musk's carbon removal technology contest with $100 million prize, will it save humanity's future?

Elon Musk's best XPRIZE Carbon Removal project to remove carbon dioxide. Musk presented the task of creating a technology that can capture 1,000 tons of carbon dioxide per year and isolate it for more than 100 years by Earth Day 2025 (April 22). A total of 1,133 companies participated, and currently 15 companies have advanced to the final round. The winning company, announced in 2025, will take home a prize of $80 million (about 102.2 billion won).

The reason why Musk, who has shown great interest in humanity's future technologies such as electric vehicles and space flight, is investing in carbon capture technology is because the carbon cycle cannot be balanced by emitting greenhouse gases as it is now.

The International Energy Agency (IEA) predicted in its 2020 special report that “it is impossible to reach Net Zero without carbon capture, utilization and storage (CCUS).” Net zero refers to a state in which the net emissions are '0' because greenhouse gas emissions and removal amounts are equal.

One.
Decarbonization of the global village is an inevitable task of solving the inevitable problems of SpaceX, which is entering the space age.

Rockets flying into space emit pollutants as they burn fuel. As a huge amount of fuel is burned to overcome the Earth's gravity, the amount of emissions is also large. Falcon 9 uses 112 tons of kerosene as fuel when launched once. When 1 kg of kerosene is burned, about 3 kg of carbon dioxide is emitted, which means that at least 336 tons of carbon dioxide are emitted in one launch. This is equivalent to the amount of carbon dioxide emitted by 395 Boeing 747 planes crossing the Atlantic Ocean.

2.
However, looking at the data, the uses of carbon dioxide are surprisingly wide-ranging. It is an industrially valuable resource ranging from foodstuffs to medical anesthetics and semiconductors.

And one of the biggest problems with manned exploration of Mars is that it must be loaded with fuel to be used on the return trip. This problem could be overcome if fuel could be produced from materials on Mars. A U.S. research team has developed a highly efficient carbon dioxide-methane conversion technology that can increase this possibility.
There is so much carbon dioxide on Mars that it makes up more than 95% of the atmosphere.

At the International Space Station (ISS), carbon dioxide emitted by astronauts is used to produce methane for rockets and is used to maintain the space station's orbit. However, this reaction using a copper (CU)-based catalyst is not widely used due to low efficiency and selectivity. In the research, the research team used graphene, a nanometer (㎚=1 billionth of a meter) thin film made of carbon atoms, instead of a copper-based catalyst, and combined various functional molecular groups (-OH, -NH₂, -COOH, -SO₃). We developed a graphene quantum dot catalyst and tested the efficiency and selectivity of CO₂→methane conversion. As a result, the graphene quantum dot catalyst was found to have significantly higher selectivity and conversion efficiency for accurately converting carbon dioxide into methane than copper-based catalysts.

sample qoms (standard)
0000000011=2,0
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sample pms (standard)
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Sample msoss
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