नॉर्थवेस्टर्न यूनिवर्सिटी ने प्रत्यक्ष वायु कार्बन कैप्चर (डीएसी) के लिए एक "आर्द्रता स्विंग" तकनीक विकसित की है जो कम आर्द्रता पर कार्बन डाइऑक्साइड को पकड़ने और उच्च आर्द्रता पर इसे छोड़ने के लिए आयनों की एक श्रृंखला का उपयोग करती है। यह शोध डीएसी की समझ को बढ़ाता है और पारंपरिक प्रौद्योगिकियों की तुलना में कार्बन कैप्चर की अधिक ऊर्जा-कुशल विधि प्रदान करता है।
जैसे-जैसे वैश्विक समाज औद्योगिक उत्पादन को डीकार्बोनाइजिंग करने की दिशा में आगे बढ़ रहा है, यह न केवल वायुमंडल में नए कार्बन के निर्माण को रोकने के लिए आवश्यक होगा, बल्कि पहले से मौजूद कार्बन डाइऑक्साइड को निकालने के लिए भी आवश्यक होगा।
जबकि पारंपरिक कार्बन कैप्चर कार्बन-भारी प्रक्रिया में उत्सर्जन के बिंदु से कार्बन डाइऑक्साइड एकत्र करने पर केंद्रित है, "डायरेक्ट एयर कैप्चर" (डीएसी) सामान्य वायुमंडलीय परिस्थितियों में कार्बन निकालता है। जलवायु परिवर्तन के खिलाफ लड़ाई में यह दृष्टिकोण तेजी से महत्वपूर्ण होता जा रहा है, खासकर जब जीवाश्म ईंधन पर हमारी निर्भरता कम हो जाती है और स्रोत पर कार्बन को पकड़ने की आवश्यकता कम हो जाती है। आर्द्रता प्रौद्योगिकी का उपयोग करके, वैज्ञानिकों ने कई नए आयनों की खोज की है जो कम ऊर्जा वाले कार्बन पृथक्करण में योगदान करते हैं।
नॉर्थवेस्टर्न यूनिवर्सिटी का नया शोध परिवेश की स्थितियों से कार्बन को पकड़ने का एक नया तरीका प्रदर्शित करता है, जो एक प्रणाली में पानी और कार्बन डाइऑक्साइड के बीच संबंधों की जांच करता है, "आर्द्रता स्विंग" तकनीक को सूचित करता है जो नमी कम होने पर कार्बन डाइऑक्साइड को पकड़ता है और आर्द्रता अधिक होने पर इसे छोड़ता है। यह विधि लगभग हर जगह से कार्बन हटाने के लिए विभिन्न प्रकार के आयनों के साथ नवीन गतिज विधियों को जोड़ती है।
यह शोध हाल ही में पर्यावरण विज्ञान और प्रौद्योगिकी पत्रिका में प्रकाशित हुआ था।
अध्ययन के वरिष्ठ लेखक, नॉर्थवेस्टर्न यूनिवर्सिटी के विनायक पी. द्रविड़ ने कहा: "हमने न केवल कार्बन कैप्चर आयनों के चयन का विस्तार और अनुकूलन किया है, बल्कि हमने जटिल द्रव-सतह इंटरैक्शन के बुनियादी सिद्धांतों को प्रकट करने में भी मदद की है। यह काम डीएसी की हमारी सामूहिक समझ को आगे बढ़ाता है, और हमारा डेटा और विश्लेषण सिद्धांतकारों और प्रयोगवादियों को वास्तविक दुनिया की परिस्थितियों में कार्बन कैप्चर को और बेहतर बनाने के लिए मजबूत प्रेरणा प्रदान करता है।"
द्रविड़ नॉर्थवेस्टर्न यूनिवर्सिटी के मैककॉर्मिक स्कूल ऑफ इंजीनियरिंग में सामग्री विज्ञान और इंजीनियरिंग विभाग में अब्राहम-हैरिस प्रोफेसर और अंतर्राष्ट्रीय नैनोटेक्नोलॉजी संस्थान में वैश्विक पहल के निदेशक हैं। डॉक्टरेट छात्र जॉन हेगार्टी और बेंजामिन शिंदेल पेपर के सह-प्रथम लेखक हैं।
शिंडेल ने कहा कि पेपर के पीछे का विचार प्रतिक्रियाओं को बढ़ावा देने के लिए पर्यावरणीय परिस्थितियों का उपयोग करने की इच्छा से आया है। "हमें गीला पेंडुलम कार्बन कैप्चर पसंद है क्योंकि इसमें कोई स्पष्ट ऊर्जा लागत नहीं है। हालांकि हवा की एक निश्चित मात्रा को आर्द्र करने के लिए एक निश्चित मात्रा में ऊर्जा की आवश्यकता होती है, आदर्श रूप से आपको आर्द्रता 'मुफ्त में' मिलती है और ऊर्जावान रूप से पर्यावरण से सटे गीले और शुष्क हवा के प्राकृतिक भंडार पर निर्भर रहते हैं।"
शोध दल ने प्रतिक्रिया को संभव बनाने के लिए उपयोग किए जाने वाले आयनों की संख्या का भी विस्तार किया।
जॉन हेगार्टी ने कहा, "न केवल हमने आयनों की संख्या दोगुनी कर दी है जो आदर्श आर्द्रता कार्बन कैप्चर प्राप्त कर सकते हैं, बल्कि हमने अब तक का सबसे अच्छा प्रदर्शन करने वाला सिस्टम भी खोजा है।"
हाल के वर्षों में, आर्द्रता स्विंग कैप्चर तकनीक उभरने लगी है। पारंपरिक कार्बन कैप्चर विधियाँ स्रोत स्थान पर कार्बन डाइऑक्साइड को पकड़ने के लिए अधिशोषक का उपयोग करती हैं और फिर अधिशोषक से कार्बन डाइऑक्साइड को छोड़ने के लिए गर्मी या निर्मित वैक्यूम का उपयोग करती हैं। इस दृष्टिकोण की ऊर्जा लागत अधिक है।
पारंपरिक कार्बन कैप्चर विधियाँ कार्बन डाइऑक्साइड को पकड़कर रखती हैं, जिसका अर्थ है कि इसे छोड़ने और पुन: उपयोग करने के लिए बहुत अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है। यह तरीका भी हर जगह काम नहीं करता. उदाहरण के लिए, कृषि, कंक्रीट और इस्पात निर्माता उत्सर्जन के प्रमुख स्रोत हैं, लेकिन उनके बड़े पदचिह्न एक ही स्रोत से कार्बन एकत्र करना असंभव बनाते हैं। धनी देशों को उत्सर्जन को शून्य से कम करने का प्रयास करना चाहिए, जबकि अधिक कार्बन-आधारित अर्थव्यवस्था वाले विकासशील देशों को कार्बन डाइऑक्साइड का उत्पादन कम करना चाहिए।
एक अन्य वरिष्ठ लेखक, रसायन विज्ञान के प्रोफेसर उमर फरहा के पास कार्बन डाइऑक्साइड कैप्चर और भंडारण सहित विभिन्न अनुप्रयोगों में धातु ऑक्साइड फ्रेमवर्क (एमओएफ) संरचनाओं की भूमिका की खोज करने का व्यापक अनुभव है।
फरहा ने कहा, "डीएसी एक जटिल, बहुआयामी समस्या है जिसके लिए अंतःविषय दृष्टिकोण की आवश्यकता है।" "मैं इस काम के बारे में जो सराहना करता हूं वह जटिल मापदंडों का विस्तृत और सावधानीपूर्वक माप है। किसी भी प्रस्तावित तंत्र को इन जटिल टिप्पणियों का ध्यान रखना चाहिए।"
पिछले शोधकर्ताओं ने नमी स्विंग ट्रैपिंग को बढ़ावा देने के लिए कार्बोनेट और फॉस्फेट आयनों पर ध्यान केंद्रित किया है और विशिष्ट परिकल्पना विकसित की है कि ये विशिष्ट आयन प्रभावी क्यों हैं। लेकिन द्रविड़ की टीम को उम्मीद है कि वह आयनों की एक विस्तृत श्रृंखला का परीक्षण करेगी ताकि यह देखा जा सके कि कौन सा आयन सबसे अच्छा काम करता है। कुल मिलाकर, उन्होंने पाया कि उच्चतम संयोजकता वाले आयन - मुख्य रूप से फॉस्फेट - सबसे प्रभावी थे, इसलिए उन्होंने कुछ को छोड़कर, बहुसंयोजी आयनों की तलाश शुरू कर दी, और नए आयन पाए जो इस अनुप्रयोग के लिए प्रभावी थे, जिनमें सिलिकेट और बोरेट्स शामिल थे।
टीम का मानना है कि कम्प्यूटेशनल मॉडलिंग के साथ भविष्य के प्रयोगों से यह बेहतर ढंग से समझाने में मदद मिलेगी कि कुछ आयन दूसरों की तुलना में अधिक प्रभावी क्यों हैं।
उत्सर्जन की भरपाई के लिए कंपनियों को प्रोत्साहित करने के लिए कार्बन क्रेडिट का उपयोग करके प्रत्यक्ष वायु कार्बन कैप्चर का व्यावसायीकरण करने के लिए पहले से ही कंपनियां काम कर रही हैं। कई कंपनियां कृषि पद्धतियों को बदलने जैसी गतिविधियों के माध्यम से पहले से ही एकत्र किए गए कार्बन को कैप्चर कर रही हैं, जबकि यह दृष्टिकोण स्पष्ट रूप से वायुमंडल से सीधे कार्बन डाइऑक्साइड को अलग कर सकता है, फिर इसे केंद्रित कर सकता है और अंततः इसे संग्रहीत या पुन: उपयोग कर सकता है।
द्रविड़ की टीम ने इस कार्बन डाइऑक्साइड कैप्चर सामग्री को एक झरझरा स्पंज प्लेटफॉर्म के साथ संयोजित करने की योजना बनाई है जिसे उन्होंने तेल, फॉस्फेट और माइक्रोप्लास्टिक्स सहित पर्यावरणीय विषाक्त पदार्थों को हटाने के लिए पहले विकसित किया था।