ग्रीनहाउस गैस उत्सर्जन पर अंकुश लगाने के वैश्विक प्रयासों के बीच, एमआईटी वैज्ञानिक सबसे चुनौतीपूर्ण औद्योगिक उत्सर्जन को डीकार्बोनाइज करने के लिए कार्बन कैप्चर तकनीक पर ध्यान केंद्रित कर रहे हैं। एकल इलेक्ट्रोकेमिकल प्रक्रिया पर आधारित ये निष्कर्ष स्टील और सीमेंट जैसे डीकार्बोनाइजिंग के लिए सबसे कठिन उद्योगों से उत्सर्जन को कम करने में मदद कर सकते हैं।
शोधकर्ताओं ने खुलासा किया है कि एकल विद्युत रासायनिक प्रक्रिया के माध्यम से कार्बन डाइऑक्साइड को कैसे कैप्चर किया जाए और परिवर्तित किया जाए। इस प्रक्रिया में, इलेक्ट्रोड (चित्र में बुलबुले से ढके इलेक्ट्रोड की तरह) का उपयोग अधिशोषक से निकलने वाले कार्बन डाइऑक्साइड को अवशोषित करने और इसे कार्बन-तटस्थ उत्पाद में परिवर्तित करने के लिए किया जाता है। फ़ोटो क्रेडिट: जॉनफ़्रीडाह/MITMechE
स्टील, सीमेंट और रासायनिक विनिर्माण जैसे उद्योगों को अपनी उत्पादन प्रक्रियाओं में कार्बन और जीवाश्म ईंधन के अंतर्निहित उपयोग के कारण डीकार्बोनाइज करना विशेष रूप से कठिन होता है। यदि कार्बन उत्सर्जन को पकड़ने और उत्पादन प्रक्रिया में उनका पुन: उपयोग करने के लिए प्रौद्योगिकी विकसित की जा सकती है, तो इन "कठिन-निवारक" उद्योगों से उत्सर्जन को काफी कम करना संभव होगा।
हालाँकि, कार्बन डाइऑक्साइड को पकड़ने और परिवर्तित करने की वर्तमान प्रायोगिक प्रौद्योगिकियाँ दो अलग-अलग प्रक्रियाएँ हैं जिन्हें चलाने के लिए बड़ी मात्रा में ऊर्जा की आवश्यकता होती है। एमआईटी अनुसंधान टीम को उम्मीद है कि दोनों प्रक्रियाओं को एक एकीकृत, कहीं अधिक ऊर्जा-कुशल प्रणाली में संयोजित किया जाएगा जो संभावित रूप से केंद्रित औद्योगिक संसाधनों से कार्बन डाइऑक्साइड को पकड़ने और परिवर्तित करने के लिए नवीकरणीय ऊर्जा का उपयोग कर सकती है।
कार्बन कैप्चर और रूपांतरण पर नवीनतम शोध परिणाम
एसीएससी कैटालिसिस जर्नल में 5 सितंबर को प्रकाशित एक अध्ययन में, शोधकर्ताओं ने एकल इलेक्ट्रोकेमिकल प्रक्रिया के माध्यम से कार्बन डाइऑक्साइड को पकड़ने और परिवर्तित करने की छिपी हुई शक्ति का खुलासा किया। इस प्रक्रिया में अधिशोषक से निकलने वाले कार्बन डाइऑक्साइड को अवशोषित करने और इसे कम, पुन: प्रयोज्य रूप में परिवर्तित करने के लिए इलेक्ट्रोड का उपयोग करना शामिल है।
अन्य लोगों ने भी इसी तरह के प्रदर्शनों की सूचना दी है, लेकिन विद्युत रासायनिक प्रतिक्रिया को संचालित करने वाला तंत्र अस्पष्ट बना हुआ है। एमआईटी टीम ने इस ड्राइवर को निर्धारित करने के लिए कई प्रयोग किए और पाया कि, अंततः, यह कार्बन डाइऑक्साइड के आंशिक दबाव पर निर्भर करता है। दूसरे शब्दों में, इलेक्ट्रोड के संपर्क में कार्बन डाइऑक्साइड जितना शुद्ध होगा, उतनी ही कुशलता से इलेक्ट्रोड कार्बन डाइऑक्साइड अणुओं को पकड़ और परिवर्तित कर सकता है।
इस प्राथमिक चालक, या "सक्रिय प्रजाति" को समझने से वैज्ञानिकों को एक एकीकृत प्रक्रिया में कार्बन डाइऑक्साइड को कुशलतापूर्वक पकड़ने और परिवर्तित करने के लिए समान विद्युत रासायनिक प्रणालियों को ट्यून और अनुकूलित करने में मदद मिल सकती है।
इस अध्ययन के नतीजे बताते हैं कि हालांकि ये इलेक्ट्रोकेमिकल सिस्टम बहुत दुर्लभ वातावरण (उदाहरण के लिए, सीधे हवा से कार्बन उत्सर्जन को कैप्चर करना और परिवर्तित करना) के लिए उपयुक्त नहीं हो सकते हैं, वे औद्योगिक प्रक्रियाओं द्वारा उत्पादित उत्सर्जन की उच्च सांद्रता के लिए उपयुक्त हैं, खासकर जिनके लिए कोई स्पष्ट नवीकरणीय विकल्प नहीं हैं।
एमआईटी करियर डेवलपमेंट एसोसिएट प्रोफेसर 1922 के अध्ययन लेखक बेतार गैलेंट ने कहा, "हम बिजली उत्पादन के लिए नवीकरणीय ऊर्जा पर स्विच कर सकते हैं और करना चाहिए।"
अध्ययन के एमआईटी सह-लेखकों में मुख्य लेखक, पोस्टडॉक ग्राहम लेवरिक और स्नातक छात्र एलिजाबेथ बर्नहार्ट, साथ ही मलेशिया में सनवे विश्वविद्यालय के एथिया इलियानी-एस्से शामिल हैं। ऐस्याह इलियानी इस्माइल, जून हुई लॉ, आरिफ़ अरिफ़ुत्ज़मान और मोहम्मद खीरेद्दीन अरौआ।
कार्बन कैप्चर प्रक्रिया के बारे में जानें
कार्बन कैप्चर तकनीक को बिजली संयंत्रों और विनिर्माण सुविधाओं के धुएं से उत्सर्जन, या "फ्लू" को पकड़ने के लिए डिज़ाइन किया गया है। उत्सर्जन को, मुख्य रूप से बड़े रेट्रोफ़िट के माध्यम से, एक कक्ष में निर्देशित किया जाता है जिसमें "कैप्चर" समाधान होता है (अमाइन या अमीनो यौगिकों का मिश्रण जो रासायनिक रूप से कार्बन डाइऑक्साइड के साथ मिलकर एक स्थिर रूप बनाता है जिसे बाकी ग्रिप गैस से अलग किया जा सकता है)।
कैद किए गए कार्बन डाइऑक्साइड को फिर उच्च तापमान के साथ उपचारित किया जाता है, अक्सर जीवाश्म ईंधन से उत्पन्न भाप का उपयोग करके, फंसे हुए कार्बन डाइऑक्साइड को उसके अमीन बांड से मुक्त किया जाता है। शुद्ध कार्बन डाइऑक्साइड गैस को भंडारण टैंकों में या भूमिगत, खनिजयुक्त या आगे रसायनों या ईंधन में परिवर्तित किया जा सकता है।
गैलेंट बताते हैं, "कार्बन कैप्चर एक परिपक्व तकनीक है और रसायन विज्ञान लगभग 100 साल पुराना है, लेकिन इसे चलाने के लिए वास्तव में बड़े इंस्टॉलेशन की आवश्यकता होती है और यह काफी महंगा और ऊर्जा-गहन है।" "हमें अधिक मॉड्यूलर और लचीली तकनीक की आवश्यकता है जो कार्बन डाइऑक्साइड के अधिक विविध स्रोतों को अनुकूलित कर सके। इलेक्ट्रोकेमिकल सिस्टम इस समस्या को हल करने में मदद कर सकते हैं।"
एमआईटी में उनका शोध समूह एक इलेक्ट्रोकेमिकल प्रणाली विकसित कर रहा है जो कैप्चर किए गए कार्बन डाइऑक्साइड को रीसायकल कर सकता है और इसे कम, उपयोग योग्य उत्पादों में परिवर्तित कर सकता है। उन्होंने कहा कि इस तरह की एक एकीकृत प्रणाली, एक अलग प्रणाली के बजाय, जीवाश्म ईंधन से उत्पन्न भाप के बजाय पूरी तरह से नवीकरणीय ऊर्जा द्वारा संचालित की जा सकती है।
उनकी अवधारणा एक इलेक्ट्रोड पर केंद्रित है जो मौजूदा कार्बन कैप्चर समाधान की गुहा में फिट हो सकती है। जब इलेक्ट्रोड पर वोल्टेज लगाया जाता है, तो इलेक्ट्रॉन कार्बन डाइऑक्साइड के सक्रिय रूप की ओर प्रवाहित होते हैं और पानी से आपूर्ति किए गए प्रोटॉन का उपयोग करके उत्पादों में परिवर्तित हो जाते हैं। इस तरह, कार्बन डाइऑक्साइड को अवशोषित करने के लिए भाप का उपयोग करने के बजाय अधिशोषक अधिक कार्बन डाइऑक्साइड को अवशोषित कर सकता है।
गैलेंट ने पहले दिखाया है कि यह विद्युत रासायनिक प्रक्रिया कार्बन डाइऑक्साइड को पकड़ सकती है और इसे ठोस कार्बोनेट रूप में परिवर्तित कर सकती है। उन्होंने कहा, "हमने बहुत शुरुआती अवधारणाओं में दिखाया कि यह इलेक्ट्रोकेमिकल प्रक्रिया संभव थी।" "तब से, उपयोगी रसायनों और ईंधन का उत्पादन करने के लिए इस प्रक्रिया का उपयोग करने पर ध्यान केंद्रित करने वाले अन्य अध्ययन हुए हैं। लेकिन ये प्रतिक्रियाएं कैसे काम करती हैं, इसकी असंगत व्याख्या की गई है।"
"अकेले कार्बन डाइऑक्साइड" की भूमिका
नए अध्ययन में, एमआईटी अनुसंधान टीम ने विद्युत रासायनिक प्रक्रियाओं को संचालित करने वाली विशिष्ट प्रतिक्रियाओं का निरीक्षण करने के लिए एक आवर्धक कांच का उपयोग किया। प्रयोगशाला में, उन्होंने ग्रिप गैसों से कार्बन डाइऑक्साइड निकालने के लिए उपयोग किए जाने वाले औद्योगिक कैप्चर समाधानों के समान अमीन समाधान तैयार किए। उन्होंने विधिपूर्वक प्रत्येक समाधान के विभिन्न गुणों को अलग-अलग किया, जैसे कि पीएच, एकाग्रता और अमीन का प्रकार, और फिर प्रत्येक समाधान को सिल्वर इलेक्ट्रोड के माध्यम से चलाया, एक धातु जो व्यापक रूप से इलेक्ट्रोलिसिस अनुसंधान में उपयोग की जाती है और कार्बन डाइऑक्साइड को कार्बन मोनोऑक्साइड में कुशलतापूर्वक परिवर्तित करने के लिए जानी जाती है। फिर उन्होंने प्रतिक्रिया के अंत में परिवर्तित कार्बन मोनोऑक्साइड की सांद्रता को मापा और उस संख्या की तुलना उनके द्वारा परीक्षण किए गए प्रत्येक अन्य समाधान के साथ की, यह निर्धारित करने के लिए कि किस पैरामीटर का उत्पादित कार्बन मोनोऑक्साइड की मात्रा पर सबसे अधिक प्रभाव पड़ा।
अंत में, उन्होंने पाया कि सबसे महत्वपूर्ण बात यह नहीं थी कि सबसे पहले कार्बन डाइऑक्साइड को पकड़ने के लिए किस प्रकार के अमाइन का उपयोग किया गया था, जैसा कि कई लोगों को संदेह था। बल्कि, जो सबसे महत्वपूर्ण है वह समाधान में मुक्त-तैरने वाले कार्बन डाइऑक्साइड अणुओं की सांद्रता है जो अमाइन से बंधने से बचाता है। यह "अकेले कार्बन डाइऑक्साइड" उत्पादित कार्बन मोनोऑक्साइड की अंतिम सांद्रता निर्धारित करता है।
लेवरिक ने कहा, "हमने पाया कि यह 'अकेला' CO2 अमीनों द्वारा ग्रहण की गई CO2 की तुलना में अधिक तत्परता से प्रतिक्रिया करता है।" "यह भविष्य के शोधकर्ताओं को बताता है कि यह प्रक्रिया औद्योगिक धाराओं में संभव है और कुशलतापूर्वक CO2 की उच्च सांद्रता को पकड़ सकती है और इसे उपयोगी रसायनों और ईंधन में परिवर्तित कर सकती है।"
गैलेंट जोर देकर कहते हैं, "यह हटाने की तकनीक नहीं है, जो महत्वपूर्ण है।" "इससे जो मूल्य मिलता है वह यह है कि यह हमें मौजूदा औद्योगिक प्रक्रियाओं को बनाए रखते हुए कई बार CO2 को रीसायकल करने की अनुमति देता है, जिससे संबंधित उत्सर्जन में कमी आती है। अंततः, मेरा सपना CO2 के खनिजकरण और स्थायी भंडारण को बढ़ावा देने के लिए इलेक्ट्रोकेमिकल सिस्टम का उपयोग करना है, जो एक सच्ची निष्कासन तकनीक है। यह एक दीर्घकालिक दृष्टिकोण है। और हम जिस विज्ञान को समझना शुरू कर रहे हैं वह इन प्रक्रियाओं को डिजाइन करने में पहला कदम है।"