Carbon dioxide scrubber
કાર્બન ડાયોક્સાઇડ સ્ક્રબર એ સાધનોનો એક ભાગ છે જે કાર્બન ડાયોક્સાઇડ (CO2) ને શોષી લે છે. તેનો ઉપયોગ ઔદ્યોગિક પ્લાન્ટમાંથી નીકળતા વાયુઓ અથવા રીબ્રીધર્સ જેવી જીવન સહાયક પ્રણાલીઓમાં અથવા અવકાશયાન, સબમર્સિબલ ક્રાફ્ટ અથવા એરટાઇટ ચેમ્બરમાં શ્વાસ બહાર કાઢવામાં આવતા વાયુઓની સારવાર માટે થાય છે. કાર્બન ડાયોક્સાઇડ સ્ક્રબરનો ઉપયોગ નિયંત્રિત વાતાવરણ (સીએ) સંગ્રહમાં પણ થાય છે. આબોહવા પરિવર્તન સામે લડવાના સાધન તરીકે કાર્બન કેપ્ચર અને સંગ્રહ માટે પણ તેમનું સંશોધન કરવામાં આવ્યું છે. ટેક્નોલોજીઓ એમાઇન સ્ક્રબિંગ CO2 સ્ક્રબિંગ માટેનો પ્રાથમિક ઉપયોગ કોલસા અને ગેસથી ચાલતા પાવર પ્લાન્ટ્સના એક્ઝોસ્ટમાંથી CO2 ને દૂર કરવા માટે છે. વાસ્તવમાં ગંભીરતાપૂર્વક મૂલ્યાંકન કરવામાં આવતી એકમાત્ર તકનીકમાં વિવિધ એમાઇનનો ઉપયોગ સામેલ છે, દા. ત. મોનોએથેનોલામાઇન. આ કાર્બનિક સંયોજનોના ઠંડા ઉકેલો CO2 ને બાંધે છે, પરંતુ ઊંચા તાપમાને બંધનને ઉલટાવી દેવામાં આવે છેઃ CO2 + 2 +, આ તકનીકને સુવિધા સ્થાપિત કરવાના મૂડી ખર્ચ અને તેના ઉપયોગના સંચાલન ખર્ચને કારણે હળવી રીતે લાગુ કરવામાં આવી છે. ખનીજ અને ઝિયોલાઇટ્સ કેટલાક ખનીજ અને ખનીજ જેવી સામગ્રીઓ CO2 ને ઉલટાવી શકે છે. મોટેભાગે, આ ખનિજો ઓક્સાઇડ અથવા હાઇડ્રોક્સાઇડ હોય છે, અને ઘણીવાર CO2 કાર્બોનેટ તરીકે બંધાયેલ હોય છે. કાર્બોનેટ લૂપિંગ તરીકે ઓળખાતી પ્રક્રિયામાં કાર્બન ડાયોક્સાઇડ ક્વિકલાઈમ (કેલ્શિયમ ઓક્સાઇડ) સાથે પ્રતિક્રિયા કરીને ચૂનાના પત્થરો (કેલ્શિયમ કાર્બોનેટ) બનાવે છે. અન્ય ખનિજોમાં સર્પિનાઇટ, મેગ્નેશિયમ સિલિકેટ હાઇડ્રોક્સાઇડ અને ઓલિવાઇનનો સમાવેશ થાય છે. મોલેક્યુલર ચાળણી પણ આ ક્ષમતામાં કામ કરે છે. વિવિધ (ચક્રીય) સ્ક્રબિંગ પ્રક્રિયાઓ હવામાંથી અથવા ફ્લુ વાયુઓમાંથી CO2 દૂર કરવા અને તેમને નિયંત્રિત વાતાવરણમાં મુક્ત કરવા માટે પ્રસ્તાવિત કરવામાં આવી છે, જે સ્ક્રબિંગ એજન્ટને પાછું આપે છે. આમાં સામાન્ય રીતે ક્રાફ્ટ પ્રક્રિયાના એક પ્રકારનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે જે સોડિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ પર આધારિત હોઈ શકે છે. CO2 આવા દ્રાવણમાં શોષાય છે, ચૂનોમાં સ્થાનાંતરિત થાય છે (કોસ્ટિકાઇઝેશન નામની પ્રક્રિયા દ્વારા) અને ભઠ્ઠીના ઉપયોગ દ્વારા ફરીથી મુક્ત થાય છે. હાલની પ્રક્રિયાઓમાં કેટલાક ફેરફારો સાથે (મુખ્યત્વે ઓક્સિજનથી ચાલતા ભઠ્ઠીમાં બદલાતા) પરિણામી એક્ઝોસ્ટ CO2નો કેન્દ્રિત પ્રવાહ બની જાય છે, જે સંગ્રહ માટે અથવા ઇંધણમાં ઉપયોગ માટે તૈયાર હોય છે. આ થર્મો-કેમિકલ પ્રક્રિયાનો વિકલ્પ એક વિદ્યુત પ્રક્રિયા છે જે કાર્બોનેટ દ્રાવણના ઇલેક્ટ્રોલાઇઝિંગ દ્વારા CO2 મુક્ત કરે છે. સરળ હોવા છતાં, આ વિદ્યુત પ્રક્રિયા વિદ્યુત વિચ્છેદન તરીકે વધુ ઊર્જાનો વપરાશ કરે છે, પાણીનું વિભાજન પણ કરે છે. ભઠ્ઠી પદ્ધતિ પર વિદ્યુત વિચ્છેદનનો ઉપયોગ કરવાના પર્યાવરણીય લાભને નકારતા અટકાવવા માટે, વીજળી નવીનીકરણીય (અથવા અન્યથા જરૂરી ભઠ્ઠી કરતાં ઓછી ઉત્સર્જક) સ્ત્રોતમાંથી આવવી જોઈએ. પર્યાવરણ પ્રેરિત CO2ના પ્રારંભિક અવતારોએ ઊર્જાના સ્ત્રોત તરીકે વીજળીનો ઉપયોગ કર્યો હતો અને તેથી તેઓ હરિત ઊર્જા પર નિર્ભર હતા. કેટલીક થર્મલ CO2 કેપ્ચર સિસ્ટમો સ્થળ પર પેદા થતી ગરમીનો ઉપયોગ કરે છે, જે સ્થળની બહારના વીજ ઉત્પાદનને પરિણામે થતી બિનકાર્યક્ષમતાને ઘટાડે છે, પરંતુ તેને હજુ પણ (લીલા) ગરમીના સ્ત્રોતની જરૂર છે, જે પરમાણુ શક્તિ અથવા કેન્દ્રિત સૌર શક્તિ પ્રદાન કરી શકે છે. સોડિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ ઝેમેન અને લેક્નરે હવા પકડવાની ચોક્કસ પદ્ધતિની રૂપરેખા આપી હતી. પ્રથમ, ઓગળેલા સોડિયમ કાર્બોનેટનું ઉત્પાદન કરવા માટે આલ્કલાઇન NaOH દ્રાવણ દ્વારા CO2 શોષાય છે. શોષણ પ્રતિક્રિયા એ એક ગેસ પ્રવાહી પ્રતિક્રિયા છે, જે અહીં મજબૂત રીતે એક્ઝોથર્મિક છેઃ 2NaOH (aq) + CO2 (g) → (aq) + (l) (aq) + (s) → 2NaOH (aq) + (s) ΔH ° =-114.7 kJ/mol પલ્પ અને પેપર ઉદ્યોગમાં સર્વવ્યાપક રીતે કરવામાં આવે છે અને સોડિયમમાંથી 94 ટકા કાર્બોનેટ આયનોને કેલ્શિયમ કેટાયનમાં સહેલાઈથી સ્થાનાંતરિત કરે છે. ત્યારબાદ, કેલ્શિયમ કાર્બોનેટ અવક્ષેપને દ્રાવણમાંથી ફિલ્ટર કરવામાં આવે છે અને વાયુયુક્ત CO2 ઉત્પન્ન કરવા માટે ઉષ્મીય રીતે વિઘટિત થાય છે. આ પ્રક્રિયામાં કેલ્સિનેશન પ્રતિક્રિયા એ એકમાત્ર એન્ડોથર્મિક પ્રતિક્રિયા છે અને તે અહીં દર્શાવવામાં આવી છેઃ (ઓ) → CaO (ઓ) + CO2 (g) ΔH ° = + 179.2 kJ/mol કેલ્સાઇટનું થર્મલ વિઘટન ઓક્સિજનથી ચલાવવામાં આવેલા ચૂનો ભઠ્ઠીમાં કરવામાં આવે છે જેથી વધારાના ગેસ અલગ થવાના પગલાને ટાળી શકાય. ચૂનાનું હાઇડ્રેશન (CaO) ચક્ર પૂર્ણ કરે છે. ચૂનો હાઇડ્રેશન એ એક્ઝોથર્મિક પ્રતિક્રિયા છે જે પાણી અથવા વરાળથી કરી શકાય છે. પાણીનો ઉપયોગ કરીને, તે અહીં બતાવ્યા પ્રમાણે પ્રવાહી/ઘન પ્રતિક્રિયા છેઃ CaO (s) + (l) → (s) ΔH ° =-64.5 kJ/mol લિથિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ અન્ય મજબૂત પાયા જેમ કે સોડા લાઈમ, સોડિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ, પોટેશિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ અને લિથિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ તેની સાથે રાસાયણિક પ્રતિક્રિયા કરીને કાર્બન ડાયોક્સાઇડને દૂર કરવામાં સક્ષમ છે. ખાસ કરીને, અવકાશયાનમાં લિથિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો, જેમ કે એપોલો કાર્યક્રમમાં, વાતાવરણમાંથી કાર્બન ડાયોક્સાઇડને દૂર કરવા માટે. તે કાર્બન ડાયોક્સાઇડ સાથે પ્રતિક્રિયા કરીને લિથિયમ કાર્બોનેટ બનાવે છે. તાજેતરમાં લિથિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ શોષક તકનીકને એનેસ્થેસિયા મશીનોમાં ઉપયોગ માટે સ્વીકારવામાં આવી છે. એનેસ્થેસિયા મશીનો કે જે શસ્ત્રક્રિયા દરમિયાન જીવન સહાય પૂરી પાડે છે અને શ્વાસમાં લેવાતી એજન્ટો સામાન્ય રીતે બંધ સર્કિટનો ઉપયોગ કરે છે, જેમાં દર્દી દ્વારા છોડવામાં આવેલા કાર્બન ડાયોક્સાઇડને દૂર કરવાની જરૂર પડે છે. લિથિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ જૂના કેલ્શિયમ આધારિત ઉત્પાદનો કરતાં કેટલાક સલામતી અને સગવડ લાભો પ્રદાન કરી શકે છે. 2 LiOH (s) + 2 (g) → 2 LiOH· (s) 2 LiOH· (s) + CO2 (g) → (s) + 3 (g) ચોખ્ખી પ્રતિક્રિયા છેઃ 2LiOH (s) + CO2 (g) → (s) + (g) લિથિયમ પેરોક્સાઇડનો પણ ઉપયોગ કરી શકાય છે કારણ કે તે ઓક્સિજન મુક્ત કરવાના વધારાના લાભ સાથે એકમ વજન દીઠ વધુ CO2 શોષી લે છે. તાજેતરના વર્ષોમાં લિથિયમ ઓર્થોસિલિકેટે CO2 કેપ્ચર તેમજ ઊર્જા સંગ્રહ તરફ ઘણું ધ્યાન આકર્ષિત કર્યું છે. આ સામગ્રી નોંધપાત્ર પ્રદર્શન લાભો પ્રદાન કરે છે, જો કે તેને કાર્બોનેટની રચના માટે ઉચ્ચ તાપમાનની જરૂર પડે છે. રિજનરેટિવ કાર્બન ડાયોક્સાઇડ રિમૂવલ સિસ્ટમ સ્પેસ શટલ ઓર્બિટર પર રિજનરેટિવ કાર્બન ડાયોક્સાઇડ રિમૂવલ સિસ્ટમ (આર. સી. આર. એસ.) એ બે-બેડ સિસ્ટમનો ઉપયોગ કર્યો હતો જે ખર્ચાળ ઉત્પાદનો વિના કાર્બન ડાયોક્સાઇડને સતત દૂર કરવા માટે પ્રદાન કરે છે. પુનર્યોજી પ્રણાલીઓએ શટલ મિશનને તેના શર્બન્ટ કેનિસ્ટર્સને ફરીથી ભર્યા વિના અવકાશમાં લાંબા સમય સુધી રહેવાની મંજૂરી આપી. જૂની લિથિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ (LiOH) આધારિત પ્રણાલીઓ, જે પુનઃઉત્પાદનક્ષમ નથી, તેને પુનઃઉત્પાદનક્ષમ ધાતુ-ઓક્સાઇડ આધારિત પ્રણાલીઓ દ્વારા બદલવામાં આવી હતી. મેટલ ઓક્સાઇડ પર આધારિત પ્રણાલીમાં મુખ્યત્વે મેટલ ઓક્સાઇડ સોર્બેન્ટ કેનિસ્ટર અને રિજનરેટર એસેમ્બલીનો સમાવેશ થતો હતો. તે સોર્બન્ટ સામગ્રીનો ઉપયોગ કરીને કાર્બન ડાયોક્સાઇડને દૂર કરીને અને પછી સોર્બન્ટ સામગ્રીને પુનર્જીવિત કરીને કામ કરે છે. મેટલ-ઓક્સાઇડ સોર્બેન્ટ કેનિસ્ટરને 10 કલાકના પ્રમાણભૂત પ્રવાહ દર પર લગભગ તેના દ્વારા હવાને પંપીંગ કરીને પુનર્જીવિત કરવામાં આવ્યું હતું. સક્રિય કાર્બન સક્રિય કાર્બનનો ઉપયોગ કાર્બન ડાયોક્સાઇડ સ્ક્રબર તરીકે થઈ શકે છે. ઉચ્ચ કાર્બન ડાયોક્સાઇડ સામગ્રી ધરાવતી હવા, જેમ કે ફળોના સંગ્રહ સ્થળોની હવા, સક્રિય કાર્બનની પથારીમાંથી પસાર થઈ શકે છે અને કાર્બન ડાયોક્સાઇડ સક્રિય કાર્બન [શોષણ] ને વળગી રહેશે. એકવાર પથારી સંતૃપ્ત થઈ જાય પછી તેને પથારીમાંથી આજુબાજુની હવા જેવી ઓછી કાર્બન ડાયોક્સાઇડ હવાને ફૂંકવાથી "પુનર્જીવિત" થવી જોઈએ. આ પથારીમાંથી કાર્બન ડાયોક્સાઇડ છોડશે, અને પછી તેનો ઉપયોગ ફરીથી સ્ક્રબ કરવા માટે થઈ શકે છે, હવામાં કાર્બન ડાયોક્સાઇડની ચોખ્ખી માત્રાને જ્યારે પ્રક્રિયા શરૂ કરવામાં આવી હતી તે જ છોડી દેશે. ધાતુ-કાર્બનિક માળખા (એમ. ઓ. એફ.) ધાતુ-કાર્બનિક માળખા એ કાર્બન ડાયોક્સાઇડને ગ્રહણ કરવા અને શોષણ દ્વારા તેને અલગ કરવા માટેની સૌથી આશાસ્પદ નવી તકનીકોમાંની એક છે. આજકાલ કોઈ મોટા પાયે વ્યાપારી ટેકનોલોજી અસ્તિત્વમાં નથી, તેમ છતાં કેટલાક સંશોધન અભ્યાસોએ એમ. ઓ. એફ. માં CO2 શોષક તરીકેની મોટી સંભાવના સૂચવી છે. તેની લાક્ષણિકતાઓ, જેમ કે છિદ્રોની રચના અને સપાટીના કાર્યોને અન્ય વાયુઓ પર CO2 પસંદગીમાં સુધારો કરવા માટે સરળતાથી ટ્યુન કરી શકાય છે. એમ. ઓ. એફ. ને ખાસ કરીને દહન પછીના પાવર પ્લાન્ટમાં CO2 દૂર કરવાના એજન્ટની જેમ કામ કરવા માટે ડિઝાઇન કરી શકાય છે. આ દૃશ્યમાં, ફ્લુ ગેસ એમ. ઓ. એફ. સામગ્રીથી ભરેલા પથારીમાંથી પસાર થશે, જ્યાં CO2 છીનવી લેવામાં આવશે. સંતૃપ્તિ સુધી પહોંચ્યા પછી, દબાણ અથવા તાપમાન સ્વિંગ કરીને CO2 ને શોષી શકાય છે. કાર્બન ડાયોક્સાઇડને ભૂગર્ભમાં સંગ્રહિત કરવા અથવા ઉન્નત તેલ પુનઃપ્રાપ્તિ પ્રક્રિયાઓમાં ઉપયોગ કરવા માટે સુપરક્રિટિકલ પરિસ્થિતિઓમાં સંકુચિત કરી શકાય છે. જો કે, ઘણી મુશ્કેલીઓને કારણે હજુ સુધી મોટા પાયે આ શક્ય નથી, જેમાંથી એક મોટી માત્રામાં એમઓએફનું ઉત્પાદન છે. બીજી સમસ્યા એમઓએફના સંશ્લેષણ માટે જરૂરી ધાતુઓની ઉપલબ્ધતા છે. એક કાલ્પનિક દૃશ્યમાં જ્યાં આ સામગ્રીનો ઉપયોગ ગ્લોબલ વોર્મિંગના મુદ્દાઓને ટાળવા માટે જરૂરી તમામ CO2 મેળવવા માટે થાય છે, જેમ કે વૈશ્વિક તાપમાનમાં વધારો પૂર્વ-ઔદ્યોગિક સરેરાશ તાપમાનથી 2 ડિગ્રી સેલ્સિયસથી ઓછો જાળવવો, આપણને પૃથ્વી પર ઉપલબ્ધ ધાતુઓ કરતાં વધુ ધાતુઓની જરૂર પડશે. ઉદાહરણ તરીકે, વેનેડિયમનો ઉપયોગ કરતા તમામ એમઓએફનું સંશ્લેષણ કરવા માટે, આપણને 2010ના વૈશ્વિક ભંડારની 1620% જરૂર પડશે. જો મેગ્નેશિયમ આધારિત એમ. ઓ. એફ. નો ઉપયોગ કરવામાં આવે, જેણે કાર્બન ડાયોક્સાઇડને શોષવાની મોટી ક્ષમતા દર્શાવી છે, તો પણ આપણને 2010ના વૈશ્વિક ભંડારના 14 ટકાની જરૂર પડશે, જે નોંધપાત્ર રકમ છે. ઉપરાંત, વ્યાપક ખાણકામ જરૂરી બનશે, જે વધુ સંભવિત પર્યાવરણીય સમસ્યાઓ તરફ દોરી જશે. ડી. ઓ. ઈ. દ્વારા પ્રાયોજિત અને યુ. ઓ. પી. એલ. એલ. સી. દ્વારા ચાર જુદી જુદી યુનિવર્સિટીઓના ફેકલ્ટીના સહયોગથી સંચાલિત પ્રોજેક્ટમાં, દહન પછીના ફ્લુ ગેસમાં સંભવિત કાર્બન ડાયોક્સાઇડ દૂર કરવાના એજન્ટો તરીકે એમઓએફનું પરીક્ષણ કરવામાં આવ્યું હતું. તેઓ વેક્યૂમ પ્રેશર સ્વિંગ પ્રક્રિયાનો ઉપયોગ કરીને ફ્લુ ગેસ પ્રવાહમાંથી 90 ટકા CO2 ને અલગ કરવામાં સક્ષમ હતા. વ્યાપક તપાસ દ્વારા, સંશોધકોને જાણવા મળ્યું કે ઉપયોગમાં લેવા માટે શ્રેષ્ઠ એમ. ઓ. એફ. એમ. જી./ડી. ઓ. બી. ડી. સી. હતું, જે 21.7 ડબલ્યુ. ટી.% સી. ઓ. 2 લોડિંગ ક્ષમતા ધરાવે છે. અંદાજો દર્શાવે છે કે, જો મોટા પાયે પાવર પ્લાન્ટ પર સમાન સિસ્ટમ લાગુ કરવામાં આવે, તો ઊર્જાની કિંમતમાં 65 ટકાનો વધારો થશે, જ્યારે એનઇટીએલ બેઝલાઇન એમાઇન આધારિત સિસ્ટમ 81 ટકાનો વધારો કરશે (ડીઓઇ લક્ષ્ય 35 ટકા છે). ઉપરાંત, ટાળવામાં આવતા CO2ના દરેક ટનની કિંમત $57 હશે, જ્યારે એમાઇન સિસ્ટમ માટે આ કિંમત $72 હોવાનો અંદાજ છે. આ પ્રોજેક્ટ 2010માં પૂરો થયો હતો, જેમાં અંદાજ લગાવવામાં આવ્યો હતો કે 580 મેગાવોટના પાવર પ્લાન્ટમાં આવા પ્રોજેક્ટને અમલમાં મૂકવા માટે જરૂરી કુલ મૂડી 354 મિલિયન ડોલર હતી. એક્સ્ટેંડ એર કાર્ટ્રિજ એક એક્સ્ટેંડ એર કાર્ટ્રિજ (EAC) એ પૂર્વ-લોડ થયેલ એક-ઉપયોગ શોષક ડબ્બો છે જે યોગ્ય રીતે ડિઝાઇન કરેલા રીબ્રીથરમાં પ્રાપ્તકર્તાની પોલાણમાં ફીટ કરી શકાય છે. અન્ય પદ્ધતિઓ કાર્બન ડાયોક્સાઇડને સાફ કરવા માટે અન્ય ઘણી પદ્ધતિઓ અને સામગ્રીઓની ચર્ચા કરવામાં આવી છે. એડ્સોર્પ્શન રિજનરેટિવ કાર્બન ડાયોક્સાઇડ રિમૂવલ સિસ્ટમ (આર. સી. આર. એસ.) શેવાળ ભરેલા બાયોરિએક્ટર ઝિલ્લી ગેસ વિભાજન રિવર્સિંગ હીટ એક્સ્ચેન્જર્સ પણ જુઓ સંદર્ભો સ્ક્રબર્સ કાર્બન ડાયોક્સાઇડ સ્પેસ સ્યુટ ઘટકો સ્પેસક્રાફ્ટ લાઇફ સપોર્ટ સિસ્ટમ્સ ગેસ તકનીકો કાર્બન કેપ્ચર અને સ્ટોરેજ