فعال کربن و نقش آن در کاهش تغییرات آب و هوایی از طریق کاهش

کربن فعال یک نوع کربن پردازش شده برای داشتن یک منطقه سطح بالا است، و آن را به شدت در آلاینده های تبلیغاتی از هوا و آب موثر می کند. خواص منحصر به فرد آن را یک ابزار ارزشمند در تلاش برای کاهش تغییرات آب و هوایی با کاهش گازهای گلخانه ای مضر، و کاهش پایدار در جهان به دنبال راه حل های قابل مقیاس و عملی برای جلوگیری از گازهای گلخانه ای فعال و آلاینده های سمی، کربن فعال برای تطبیق آن، و کارایی صنعتی، و توسعه زیرساخت های موجود در این است.

کربن فعال چیست؟

کربن فعال شده توسط حرارت مواد غنی از کربن مانند چوب، زغال سنگ، گلابی یا پوسته های نارگیل در دمای بالا در یک محیط محدود اکسیژن تولید می شود، این فرایند، به نام کربن، با فعال شدن از طریق قرار گرفتن در معرض گازهای اکسید کننده یا مواد شیمیایی، نتیجه یک ماده بسیار متخلخل با یک منطقه گسترده داخلی است - اغلب بیش از 1000 متر مربع در هر گرم این پیوند است.

استفاده اولیه تاریخی آن در تصفیه آب، تصفیه هوا و فرآیندهای صنعتی مانند بازیابی حلال و درمان گاز بوده است، با این حال، پیشرفت های اخیر کربن را به عنوان یک جزء کلیدی در فن آوری ها با هدف کاهش انتشار گازهای گلخانه ای و گرفتن دی اکسید کربن (CO2) به طور مستقیم از منابع صنعتی فعال کرده اند.

چگونه فعال سازی پوآرتریت را ایجاد می کند

فرآیند فعال سازی برای توسعه ساختار منافذ داخلی بسیار مهم است.دو روش اصلی مورد استفاده قرار می گیرد:

  • [FLT: 1] فعال سازی فیزیکی: مواد کربن شده با بخار، CO2 یا هوا در دمای بالا (800-1000 درجه سانتیگراد) درمان می شود، این اتم های کربن غیر سازمان یافته را حذف می کند، ایجاد میکرو استخوان.
  • فعال سازی الکتروماتیک: مواد خام با مواد شیمیایی مانند اسید فسفریک یا هیدروکسید پتاسیم قبل از کربن زدایی، آلوده می شود.این باعث می شود توزیع منافذ کنترل شده تر و اغلب مناطق سطح بالاتر.

منافذ حاصل با اندازه طبقه بندی می شوند: میکروپور ها (کمتر از 2 نانومتر)، منووپوس (2-50 نانومتر) و ماکروپور ها (بزرگتر از 50 نانومتر) هر کلاس اندازه به طور متفاوتی برای جذب عملکرد کمک می کند. میکروپور ها به ویژه در تله زدن مولکول های کوچک مانند ترکیبات آلی فرار و CO2 موثر هستند، در حالی که منافذ بزرگتر و انتشار سریع تر می توانند مولکول های بزرگتر را تسهیل کنند.

نقش در کاهش حذف

کربن فعال نقش مهمی در کاهش انتشار گازهای گلخانه ای و آلاینده ها ایفا می کند.

  • تولید ترکیبات آلی فرار (VOCs) از انتشار گازهای گلخانه ای، از جمله کسانی که از گیاهان شیمیایی، تولید رنگ و امکانات چاپ هستند.
  • فیلتر کردن گازهای اگزوز در وسایل نقلیه و کارخانه ها، از جمله فیلترهای ذرات دیزل و اسکرابر های صنعتی.
  • حذف دی اکسید کربن (CO2) از گازهای آنفولانزا در سیستم های ذخیره سازی و ذخیره سازی کربن (CCS) ، اغلب از طریق فرایندهای مبتنی بر جذب.
  • کنترل انتشار جیوه از نیروگاه های برق زغال سنگ، منبع قابل توجهی جهانی از این گرده های سمی عصبی است.
  • تله زدن سایر گازهای سمی مانند سولفید هیدروژن، آمونیاک و فرمالدئید در هر دو محیط صنعتی و داخلی.

کربن فعال در کربن کش و ذخیره سازی (CCS)

یکی از امیدوار کننده ترین برنامه های کاربردی برای کاهش آب و هوا استفاده از آن در جذب CO2 است، بر خلاف اسکراب مبتنی برامین، که نیاز به انرژی بالا برای بازسازی، کربن فعال می تواند CO2 را در دمای نزدیک به محیط جذب کند و آن را از طریق نوسانات دما نسبتا خفیف یا نوسانات فشار آزاد کند.این روند به عنوان جذب دما (TSA) یا فشار جذب (P نوسان).

محققان کربن فعال مهندسی با اندازه های منافذ و شیمی سطح را برای بهبود انتخاب کربن CO2 و ظرفیت فعال می کنند.برای مثال، دوپینگ کربن فعال با گروه های حاوی نیتروژن می تواند تقویت وابستگی آن به مولکول های CO2 را افزایش دهد.این کربن فعال شده در نیروگاه های آزمایشی متصل به کوره های سیمان و فولاد - دو بخش سخت ترین بخش صنعتی جذب صنعتی (F) است.

عطارد و حذف فلزات سنگین

نیروگاه های برق زغال سنگ منبع اصلی انتشار جیوه هستند. فعال تزریق کربن (ACI) در حال حاضر یک تکنولوژی ثابت برای کنترل جیوه است. کربن فعال شده به جریان گاز آنفولانزا تزریق می شود، که در آن تبلیغات با جیوه عنصری و گونه های جیوه اکسید شده کربن در دستگاه های کنترل ذرات مانند کیسه یا پیش بینی الکترواستاتیک جذب می شود.[۱۰]

فراتر از جیوه، کربن فعال می تواند سایر فلزات سنگین مانند آرسنیک، سلنیوم را حذف کند و از فاضلاب صنعتی و میرهای گازی آنفولانزا جلوگیری کند، جلوگیری از آزاد شدن آنها به محیط زیست.

مزایای استفاده از کربن فعال

استفاده از کربن فعال مزایای متعددی در مبارزه با تغییرات آب و هوایی ارائه می دهد:

  • کارایی بالا: ساختار متخلخل آن اجازه می دهد تا تله موثر آلودگی ها را در غلظت های کم، اغلب به میزان حذف بالاتر از 95٪ برای ترکیبات هدف.
  • انعطاف پذیری: مناسب برای برنامه های مختلف صنعتی و تنظیمات محیط زیست، از نیروگاه های بزرگ به تصفیه کننده های هوای قابل حمل و فیلترهای آب.
  • تجدید پذیری: می تواند از منابع تجدید پذیر مانند پوسته نارگیل، زباله چوب و بقایای کشاورزی تولید خود تولید شود.
  • قابلیت بازسازی: کربن فعال اغلب می تواند از طریق فرایندهای حرارتی یا شیمیایی بازسازی شود، بازسازی بیشتر ظرفیت جذب و کاهش زباله.
  • هیچ محصول مضری نیست: بر خلاف برخی از اسکرابرهای شیمیایی، کربن را به سادگی آلوده به دام می اندازد نه تبدیل آنها به ترکیبات خطرناک دیگر.

چرخه زندگی و ذهنیت پایداری

تاثیر زیست محیطی کربن فعال باید در نظر گرفته شود.تولید از زغال سنگ یا گلابی دارای یک ردپای کربن قابل توجه به دلیل استخراج و پردازش دما بالا است، با این حال، با استفاده از ذخایر زیستی توده مانند پوسته نارگیل یا بامبو می تواند تعادل کربن خالص منفی را ایجاد کند اگر مواد خام به طور پایدار ذخیره شده باشند.

نسل جدید یکی دیگر از عوامل پایداری است. بازسازی حرارتی در کوره های دوار می تواند تا 90 درصد از ظرفیت جذب اولیه را بهبود بخشد، اگرچه انرژی مصرف می کند و نتایج را در برخی از از دست دادن مواد به دست می آورد. محققان در حال بررسی روش های الکتروشیمیایی و بازسازی بیولوژیکی برای کاهش استفاده بیشتر انرژی هستند.

چالش ها و مسیرهای آینده

با وجود مزایای آن، چالش هایی برای استفاده گسترده از کربن فعال برای کاهش انتشار گازهای گلخانه ای وجود دارد.این شامل هزینه تولید، بازسازی کربن صرف شده و نیاز به بهبود های تکنولوژیکی است.قیمت فعلی بازار برای محدوده کربن فعال با کیفیت بالا از 1،500 تا 5000 دلار در هر تن، بسته به درجه و خوراک است.

چالش دیگر انتخاب کربن فعال برای CO2 بر سایر اجزای گاز آنفولانزا مانند نیتروژن و بخار آب است، در حالی که تغییرات می تواند انتخاب کننده، عملکرد در شرایط دنیای واقعی (با رطوبت و آلاینده های ردیابی) همچنان یک منطقه فعال از تحقیقات است.

تحقیقات آینده بر توسعه کربن های فعال پایدار و مقرون به صرفه تر و همچنین ادغام آنها در استراتژی های کاهش آب و هوا بزرگتر تمرکز دارد.

  • ] کربن فعال شده توسط Biochar: تولید کربن فعال شده از pyrolysis char از زباله های کشاورزی، که همچنین مصرف کربن در ماتریس جامد را به خود اختصاص می دهد.
  • موادComposite: ترکیب کربن فعال با چارچوب های آلی فلزی (MOFs) یا گرافن برای افزایش ظرفیت و انتخاب.
  • ضبط مستقیم هوا (DAC): با استفاده از سورلهای کربن فعال شده برای جذب CO2 به طور مستقیم از هوا محیط، یک تکنولوژی که می تواند به دستیابی به انتشار گازهای گلخانه ای منفی کمک کند.[۱۰]
  • [FLT: 1] سیستم های فشرده: [FLT 1] ادغام جذب کربن فعال با منابع انرژی تجدید پذیر برای بازسازی، ایجاد حلقه های نزدیک به صفر-صندوق.

سیاست و رانندگان اقتصادی

مشوق های دولتی و مکانیسم های قیمت گذاری کربن سرعت استقرار فن آوری های کنترل انتشار کربن فعال را تسریع می کنند (به عنوان مثال، اعتبار مالیاتی 45Q ایالات متحده برای جذب کربن تا 85 دلار در هر تن از CO2 جذب و ذخیره شده است، هنگامی که همراه با درآمد از فروش کربن فعال برای سایر برنامه ها (مانند تصفیه آب)، اقتصاد مطلوب تر می شود.

نتیجه گیری

کربن فعال یک ابزار قدرتمند در کاهش انتشار گازهای گلخانه ای مضر و مبارزه با تغییرات آب و هوایی است.توانایی آن برای آلاینده های تبلیغاتی باعث می شود آن را در فرایندهای صنعتی، تصفیه هوا و فن آوری های جذب کربن ضروری است.از ثبت VOC و جیوه در نیروگاه های برق برای فعال سازی مستقیم هوا از CO2، تطبیق پذیری مواد و عملکرد ثابت شده آن را به یک سنگ بنای مهندسی زیست محیطی مدرن تبدیل، ادامه دادن به طور قابل توجهی در روش های توسعه و توسعه سیستم های زیست محیطی، پشتیبانی می کند.