阿拉伯聯合酋長國的研究人員開發并驗證了一種工具,用于評估新開發的用于燃燒后CO?2捕獲的吸附劑的潛在性能和經濟可行性。該工具由哈利法科技大學的AhmedAlHajaj、LourdesVega及其同事開發,將分子模擬與動態過程模型相結合。分子模擬生成分子水平的吸附數據,用于篩選材料,而動態過程模型同時優化操作條件并提供技術經濟分析。
AlHajaj解釋說,目前“大多數這些材料僅在實驗室規模和有限的操作條件下進行評估,不知道它們在工業條件下的實際表現如何。”?一般來說,只有更成熟的Zeolite吸附劑在中試規模上進行了廣泛的測試。用于評估吸附劑的現有模型通常未能正確考慮設備的大小、操作變量和成本,導致工藝放大后性能的不一致。
為了克服之前模型的局限性,Khalifa團隊考慮了非貨幣化的關鍵性能指標,包括捕獲的CO?2純度、回收的CO?2數量和捕獲過程所需的能量。這些與貨幣化指標(例如CO?2捕獲和壓縮成本)相結合,以全面了解吸附劑在工業規模上用于碳捕獲的適用性。’目的是以預測的方式研究一種材料分別滿足美國能源部90%和95%回收率和純度目標的能力,以及在工業規模水平上的權衡,而無需進行實驗性實施來測試它們,”Vega說。
為了證明多尺度模型的實用性,該團隊用它來評估五種吸附材料,其中包括碳基吸附劑、傳統沸石和金屬有機骨架(MOF)。然后,他們在商業規模的碳捕獲系統中用干煙氣測試了這些材料。在所研究的吸附劑中,MOFUTSA-16的性能與工業中廣泛使用的傳統沸石13X一樣好。然而,由于與合成MOF相關的成本,沸石13X仍然是性能最好的低成本材料。
英國謝菲爾德大學可持續能源和資源工程專家KyraSedransk?Campbell評論說,該方法正在“解決這個問題,在某種程度上,制造一種驚人的材料不一定會轉化為工業——規模,這是非常有用的……這些方法肯定會引起許多工業研發部門的共鳴,作為建立材料和技術可行性的機制。