Wpływ zmiany selektywności membrany na charakterystyki pracy membranowej jednostki bezpośredniego wychwytu dwutlenku węgla z powietrza

• Autorzy: Niesporek Kamil , Kotowicz Janusz , Janusz-Szymańska Katarzyna , Baszczeńska Oliwia

Warianty tytułu

EN

Impact of changing membrane selectivity on the performance characteristics of a membrane unit for direct air capture

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Wypełnienie założeń scenariusza zerowej emisji netto do 2050 r. wymaga implementacji technologii bezpośredniego wychwytu dwutlenku wegla z powietrza. W artykule przedstawiono wpływ zmiany selektywności membrany na charakterystyki pracy membranowej jednostki bezpośredniego wychwytu dwutlenku węgla z powietrza. Przy założeniu stężenia dwutlenku węgla w retentacie na poziomie 300 ppm oraz stałej przepuszczalności CO2 wykazano, że wzrost selektywności membrany przekłada się na zwiększenie udziału dwutlenku węgla w permeacie oraz powoduje obniżenie energochłonności procesu. Negatywnym aspektem jest wzrost wymaganej powierzchni membrany. Określono również najważniejsze charakterystyki pracy układu w funkcji ciśnienia permeatu i selektywności membrany. Stwierdzono, że wraz z wzrostem różnicy ciśnień w układzie i selektywności membrany można osiągnąć większy udział CO2 w permeacie oraz zminimalizować zużycie mocy oraz energochłonność procesu separacji. Najwyższy stopień odzysku dwutlenku węgla osiągnięto, natomiast dla najniższych wartości selektywności i najmniejszej badanej różnicy ciśnień.

EN

Meeting the net zero emissions scenario by 2050 requires the deployment of direct air capture (DAC) technology. This paper presents the impact of changing membrane selectivity on the performance characteristics of a membrane unit for direct air capture. Assuming a carbon dioxide concentration in the retentate of 300 ppm and constant 002 permeance, it was shown that increasing membrane selectivity leads to a higher share of carbon dioxide in the permeate and reduces the energy consumption of the process. A negative aspect, however, is the increase in membrane surface area required. The most important characteristics of system performance as a function of permeate pressure and membrane selectivity were also determined. It was found that as the system pressure differential and membrane selectivity increase, a higher C02 content in the permeate can be achieved and the energy consumption and energy intensity of the separation process can be minimised. The highest carbon dioxide recovery was obtained for the lowest selectivity values and lowest pressure difference.

Słowa kluczowe

PL

separacja membranowa; selektywność membrany; emisje; dwutlenek węgla; powietrze atmosferyczne

EN

direct air capture; membrane separation; membrane selectivity; emissions; carbon dioxide; atmospheric air

• Wydawca: KAPRINT
• Czasopismo: Rynek Energii
• Rocznik: 2024
• Tom: Nr 4
• Strony: 58--63
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz.,, rys., tab.

Twórcy

autor

Niesporek Kamil

• Politechnika Śląska w Gliwicach

autor

Kotowicz Janusz

• Politechnika Śląska w Gliwicach

autor

Janusz-Szymańska Katarzyna

• Politechnika Śląska w Gliwicach

autor

Baszczeńska Oliwia

• Politechnika Śląska w Gliwicach

Bibliografia

• [1] Carbon Dioxide Now More than 50% Higher than Pre-Industrial Levels | National Oceanic and Atmospheric Administration. Available online: https://WWW.noaa.gov/news-release/carbon-dioxide-now—more—than-50- higher-than—pre—industrial—levels (accessed on 24 March 2024).
• [2] Castel, C.; Bounaceur, R.; F avre, E. Membrane Processes for Direct Carbon Dioxide Capture From Air: Possibilities and Limitations. Frontiers in Chemical Engineering 2021, 3, 668867, doi:10.3389/FCENG.2021.668867/BIBTEX.
• [3] Direct Air Capture - Energy System — IEA. Available online: https://www.iea.org/energy-system/carbon- capture-utilisation-and—storage/direct—air-capture (accessed on 25 March 2024).
• [4] Fujikawa, S.; Ariyoshi, M.; Selyanchyn, R.; Kunitake, T. Ultra—Fast, Selective C02 Permeation by Free-Standing Siloxane Nanomembranes. https://doi.org/10.1246/cl.190558 2019, 48, 1351—1354, doi:10.1246/CL.190558.
• [5] Fujikawa, S.; Selyanchyn, R.; Kunitake, T. A New Strategy for Membrane-Based Direct Air Capture. Polymer Journal 2020 53:1 2020, 53, 111—119, doi:10.1038/s41428-020—00429-z.
• [6] Fujikawa, S.; Selyanchyn, R. Direct Air Capture by Membranes. MRS Bull 2022, 47, 416—423, doi:10.1 557/S43577—022-003 13-6/FIGURES/
• [7]. IEA (2024), C02 Emissions in 2023, IEA, Paris. Available online: https://www.iea.org/reports/co2- emissions-in-2023 (accessed on 21 March 2024).
• [8] Kotowicz, Janusz.; Janusz-Szymańska, Katarzyna.; Wiciak, Grzegorz.; Politechnika Śląska (Gliwice). Wydawnictwo. Technologie Membranowe Wychwytu Dwutlenku Węgla Ze Spalin Dla Nadkrytycznego Bloku Węglowego. 2015.
• [9] Kotowicz, J.; Chmielniak, T.; J anusz—Szymańska, K. The Influence of Membrane C02 Separation on the Efficiency of a Coal—Fired Power Plant. Energy 2010, 35, 841—850, doi:10.1016/J.ENERGY.2009.08.008.
• [10] Okonkwo, E.C.; AlNouss, A.; Shahbaz, M.; Al—Ansari, T. Developing Integrated Direct Air Capture and Bioenergy With Carbon Capture and Storage Systems: Progress towards 2 OC and 1.5 OC Climate Goals. Energy Convers Manag 2023, 296, 117687, doi:10.1016/J.ENCONMAN .2023.117687.
• [11] Pfister, M.; Belaissaoui, B.; Favre, E. Membrane Gas Separation Processes from Wet Postcombustion Flue Gases for Carbon Capture and Use: A Critical Reassessment. Ind Eng Chem Res 2017, 56, 591—602, doi:10.1021/ACS.IECR.6B03969/ASSET/IMAGES/LARGE/IE—2016-039695__0010.JPEG.
• [12] PN—EN 12831:2006. Instalacje Ogrzewcze W Budynkach — Metoda Obliczania Projektowego Obciążenia Cieplnego.
• [13] Shah, C.; Raut, S.; Kacha, H.; Patel, H.; Shah, M. Carbon Capture Using Membrane—Based Materials and Its Utilization Pathways. Chemical Papers 2021, 75, 4413—4429, doi:10.1007/S11696-021—01674- Z/TABLES/ 1.
• [14] Selyanchyn, O.; Selyanchyn, R.; Fujikawa, S. Critical Role of the Molecular Interface in Double-Layered Pebax-1657/PDMS Nanomembranes for Highly Efficient C02/N2Gas Separation. ACS Appl Mater Interfaces 2020, 12, 33196—33209, doi:10.1021/ACSAMI.0C07344/SUPPL_FILE/AMOC07344__SI_001.PDF.
• [15] Zhu, X.; Xie, W.; Wu, J.; Miao, Y.; Xiang, C.; Chen, C.; Ge, B.; Gan, Z.; Yang, F.; Zhang, M.; et al. Recent Advances in Direct Air Capture by Adsorption. Chem Soc Rev 2022, 51, 6574—6651, doi:10.1039/D1CS00970B.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr POPUL/SP/0154/2024/02 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki II" - moduł: Popularyzacja nauki (2025).