ทีมวิจัยสวิสพัฒนาเทคโนโลยีการจับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในระดับวินาทีเพื่อทำให้บรรยากาศบริสุทธิ์

นักวิจัยจากสถาบัน Empa ของสวิตเซอร์แลนด์กำลังพัฒนาเทคโนโลยีการจับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จากอากาศโดยตรง ซึ่งสามารถกำจัดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จากบรรยากาศได้ในเวลาไม่ถึงหนึ่งวินาที วิธีการนี้ใช้การเคลือบที่มีสารอะมีนที่มีความบางมากแทนที่ตัวกรองที่มีรูพรุนขนาดใหญ่ ซึ่งสามารถดูดซับและปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ได้อย่างรวดเร็ว เทคโนโลยีนี้เป็นส่วนหนึ่งของโครงการวิจัย "การขุดคาร์บอนจากอากาศ" ของ Empa ซึ่งสำรวจวิธีการจับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จากบรรยากาศและเปลี่ยนเป็นวัสดุและสารเคมีที่สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ นักวิจัยได้ทำการจำลองการไหลและกระบวนการเบื้องต้นแล้ว แต่ยังต้องทำการทดสอบในห้องปฏิบัติการเพื่อยืนยันว่าวิธีนี้สามารถแข่งขันกับระบบการจับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จากอากาศโดยตรงที่มีอยู่ในปัจจุบันได้หรือไม่

ระบบการจับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จากอากาศโดยตรงมักจะเคลื่อนที่อากาศจำนวนมากผ่านวัสดุที่มีรูพรุนเพื่อจับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่มีอยู่ในอากาศ ก๊าซที่ถูกจับจะถูกปล่อยออกมา โดยปกติจะทำได้โดยการให้ความร้อนวัสดุและการสร้างสุญญากาศหรือไอน้ำ เนื่องจากความเข้มข้นของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศมีเพียงประมาณ 430 ppm ระบบเหล่านี้จึงต้องจัดการกับอากาศจำนวนมากเพื่อเก็บก๊าซเรือนกระจกที่มีความหมาย วิธีการของ Empa ใช้แนวทางที่แตกต่างออกไป เป้าหมายของนักวิจัยไม่ใช่การเพิ่มปริมาณก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่จับได้ในแต่ละรอบ แต่เป็นการจับก๊าซในปริมาณที่น้อยลงแต่บ่อยครั้งขึ้น

หลักการทำงานของเทคโนโลยีใหม่

ระบบที่เสนอใช้การเคลือบวัสดุที่มีสารอะมีนที่มีความบางมาก เคลือบเหล่านี้ไม่ให้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เข้าไปในตัวดูดซับที่มีรูพรุน แต่จะจับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ไว้ใกล้พื้นผิว ซึ่งช่วยลดปริมาณวัสดุที่ต้องให้ความร้อนในช่วงการปล่อย "เนื่องจากมวลความร้อนต่ำ กระบวนการนี้สามารถเร่งความเร็วได้อย่างมีนัยสำคัญ" Dirk Hegemann นักวิจัยจาก Empa กล่าวในแถลงการณ์ของสถาบัน เคลือบเหล่านี้สามารถให้ความร้อนและทำให้เย็นลงได้อย่างรวดเร็ว ทำให้การดูดซับและการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์สามารถเกิดขึ้นในช่วงเวลาที่สั้นกว่าระบบแบบดั้งเดิมมาก

นักวิจัย Sandra Galmarini จาก Empa กล่าวว่า เป้าหมายคือการทำให้รอบการทำงานเสร็จในเวลาไม่ถึงหนึ่งวินาที ขณะที่วิธีการแบบดั้งเดิมต้องใช้เวลาหลาย นาที การออกแบบที่เสนอมีลักษณะคล้ายกับสายพานลำเลียง พื้นผิวที่เคลื่อนที่อย่างต่อเนื่องถูกเคลือบด้วยวัสดุที่ใช้ในการจับก๊าซ โดยผ่านสองพื้นที่ ในพื้นที่แรก อากาศจากสิ่งแวดล้อมจะไหลผ่านเคลือบ ทำให้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ติดอยู่ที่พื้นผิว ในพื้นที่ที่สอง วัสดุจะถูกให้ความร้อนภายใต้ความดันต่ำเพื่อปล่อยก๊าซที่ถูกจับและเตรียมพื้นผิวสำหรับรอบถัดไป การแยกขั้นตอนเหล่านี้ช่วยให้แต่ละพื้นที่ทำงานภายใต้เงื่อนไขที่แตกต่างกัน

ส่วนการจับก๊าซต้องการการไหลของอากาศที่เพียงพอ ในขณะที่ส่วนการปล่อยต้องการปริมาณก๊าซที่น้อยลงเพื่อลดพลังงานที่ต้องใช้ในการให้ความร้อนและสร้างสุญญากาศ

ศักยภาพของการออกแบบแบบโมดูลาร์

นักวิจัยยังเห็นข้อดีที่อาจเกิดขึ้นจากการออกแบบระบบแบบโมดูลาร์ สามารถรวมหน่วยขนาดเล็กหลายหน่วยเข้าด้วยกัน โดยไม่จำเป็นต้องสร้างสิ่งอำนวยความสะดวกในการจับก๊าซที่ใหญ่และซับซ้อนขึ้น พื้นผิวที่เคลื่อนที่ยังอาจช่วยในการขนส่งอากาศ ซึ่งจะช่วยลดพลังงานที่ต้องใช้จากพัดลม แม้ว่าผลลัพธ์จากการจำลองจะสร้างความหวัง แต่ทีมวิจัยยังไม่ได้ทำการทดลองเพื่อยืนยันรอบการจับก๊าซในระดับวินาทีที่เสนอ Empa กล่าวว่าต้องการแพลตฟอร์มการวัดใหม่เพื่อกำหนดความเร็วในการรวมและแยกก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จากเคลือบที่บาง ทีมงานยังต้องประเมินว่าระบบสามารถจับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ได้มากน้อยเพียงใดในแต่ละหน่วยปริมาตรและเวลา ความเสถียรของเคลือบในรอบการทำงานซ้ำ และประสิทธิภาพของพื้นที่ปิดผนึกและความดันในอัตราเร็วสูง

Hegemann กำลังใช้การเคลือบด้วยพลาสมาเพื่อทำให้พื้นผิวมีฟังก์ชัน ขณะที่ทีมวิจัยที่กว้างขึ้นกำลังพัฒนาการตั้งค่าทดลองที่จำเป็นเพื่อตรวจสอบกระบวนการนี้ ความท้าทายหลักคือความเร็วที่ได้จะสามารถแปลงเป็นประสิทธิภาพรวมที่มีความหมายได้หรือไม่ การจับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในแต่ละรอบที่น้อยลงหมายความว่าระบบต้องทำงานอย่างรวดเร็วและทำซ้ำได้เพื่อให้ได้ผลผลิตที่แข่งขันได้ โดยไม่ใช้พลังงานมากเกินไปในการให้ความร้อน การทำให้เย็นลง การไหลของอากาศ และการสร้างสุญญากาศ หากสามารถแก้ไขความท้าทายเหล่านี้ได้ เทคโนโลยีนี้อาจนำเสนอวิธีการจับก๊าซจากอากาศโดยตรงที่มีความยืดหยุ่นมากขึ้น

ผลกระทบที่อาจเกิดขึ้นจากเทคโนโลยีการจับก๊าซอย่างรวดเร็ว

การพัฒนาเทคโนโลยีนี้มีความสำคัญต่อการต่อสู้กับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ วิธีการจับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์แบบดั้งเดิมมักมีประสิทธิภาพต่ำและใช้พลังงานสูง ในขณะที่เทคโนโลยีการจับก๊าซในระดับวินาทีของทีมวิจัยสวิสมีแนวโน้มที่จะเพิ่มความเร็วและประสิทธิภาพในการจับก๊าซอย่างมีนัยสำคัญ ผ่านการออกแบบแบบโมดูลาร์ สิ่งอำนวยความสะดวกในการจับก๊าซในอนาคตสามารถปรับแต่งได้อย่างยืดหยุ่นเพื่อตอบสนองความต้องการในสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกัน หากสามารถเอาชนะความท้าทายทางเทคนิคในปัจจุบันได้ วิธีการนวัตกรรมนี้อาจกลายเป็นเครื่องมือสำคัญในการลดความเข้มข้นของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศ ซึ่งมีผลกระทบอย่างลึกซึ้งต่อการกำหนดนโยบายด้านสภาพภูมิอากาศและการอนุรักษ์สิ่งแวดล้อมทั่วโลก