Tilbake til søkeresultatene

FRINATEK-Fri prosj.st. mat.,naturv.,tek

CO2 Capture and Retention by Smectite Clays

Alternativ tittel: CO2 absorbsjon i smektisk leire

Tildelt: kr 8,7 mill.

Leire (lagdelte silikater) er tradisjonsbundne og lett tilgjengelige materialer med mange anvendelser, bl.a. i keramikk, som barrierer mot forurensning eller som rimelige fyllingsmaterialer. Såkalt smektisk leire består av ca. 1 nanometer tykke og ladede plater (negativ overflateladning og en mindre, positiv, kantladning), som i dehydrert tilstand lager stabler (som en kortstokk) ved å dele på ioner som kompenserer ladningen på platene. Smektisk leire har vist seg å ha evne til å ta opp relativt store mengder av visse molekyler, og det har i den senere tid blitt betydelig interesse for å studere vekselvirkninger mellom leiremineraler og CO2, delvis på grunn av at geologiske strukturer kan være aktuelle som lagringssted for menneskeskapt CO2. Vi har nylig vist at en type syntetisk leire (fluorohektoritt) kan absorbere ganske store mengder CO2 under spesifikke temperatur- og trykkforhold. Den molekylære mekanismen til prosessen, mengde CO2-opptak som funksjon av leirens ladning og struktur, samt temperatur- og trykkavhengigheten, har imidlertid vært lite forstått. I dette interdisiplinære prosjektet har vi undersøkt flere av disse spørsmålene via utstrakt internasjonalt samarbeid. Vi har bl.a. vist at fluorohektoritt-leire har en særlig evne til CO2-opptak når nikkel benyttes som stabiliserende ion, og at opptaket kan justeres ved å endre overflateladning. Vi har videre beskrevet hvordan trykk, temperatur, og tilstedeværelse av vann påvirker disse prosessene. Maksimalt CO2-opptak er estimert til over 0.7 tonn pr kubikkmeter material, og absorpsjonen skjer ved lavere CO2-trykk (ca. 10 atm.) når overflateladningen reduseres fra 0.7 til 0.5 pfu (ladning per formelenhet). Det er dessuten en hysterese-effekt i materialet, som gjør at absorbert CO2 ikke frigjøres før trykket senkes og/eller temperaturen økes betydelig relativt til absorpsjonsforholdene. Dette er kunnskap som er svært viktig for potensiell utnyttelse av denne type materialer som CO2-absorbenter.

In addition to providing a fundamental understanding of the mechanisms of small-molecule and in particular CO2 capture in layered materials, this project has given us various tools for tuning the degree of capture as well as the temperature of sorption and release. The project has lifted the collaboration between the Norwegian participants (IFE/NTNU) and institutions abroad, and has been essential for giving a PhD-student a solid international experience. An important effect of the project is that synthetic clays must be considered as serious candidates when evaluating the use of CO2 or small-molecule sorbent materials in the near future.

This project aims to contribute to the long-term development of innovative solutions for CO2 capture and retention by synthetic or natural clays, such as for capturing post combustion CO2 from industrial processes and power production. The present applicant group has already demonstrated the potential for use of such environmentally friendly nano-porous clays in this context, and recently we published a study that has attracted considerable interest, where the absorption for a specific type of clay is quantified. However, the molecular mechanisms of the process, the extent of carbon capture as a function of clay charge and structure, as well as the temperature and pressure dependence, still pose open questions. These points will be addressed by performing simulations to assess the molecular interactions associated with incorporation of CO2 in the clay. Further information will be gained by performing scattering (neutron and x-ray) investigations of clay systems as a function of pressure and temperature, complemented by macroscopic investigations. The project is an interdisciplinary and international collaboration involving materials scientists, physicists and chemists, working at universities and research institutes. Training of young researchers is at the heart of the project.

Publikasjoner hentet fra Cristin

Ingen publikasjoner funnet

Aktivitet:

FRINATEK-Fri prosj.st. mat.,naturv.,tek