Carbon dioxide scrubber
कार्बन डाइऑक्साइड स्क्रबर एक उपकरण है जो कार्बन डाइऑक्साइड (CO2) को अवशोषित करता है। इसका उपयोग औद्योगिक संयंत्रों से निकलने वाली गैसों या जीवन समर्थन प्रणालियों जैसे कि रीब्रीदर या अंतरिक्ष यान, पनडुब्बी या वायुरोधी कक्षों में सांस छोड़ने वाली हवा से निकलने वाली गैसों के उपचार के लिए किया जाता है। कार्बन डाइऑक्साइड स्क्रबर का उपयोग नियंत्रित वातावरण (सीए) भंडारण में भी किया जाता है। जलवायु परिवर्तन से निपटने के साधन के रूप में कार्बन ग्रहण और भंडारण के लिए भी उन पर शोध किया गया है। प्रौद्योगिकी एमाइन स्क्रबिंग कार्बन डाइऑक्साइड स्क्रबिंग के लिए प्राथमिक अनुप्रयोग कोयला और गैस से चलने वाले बिजली संयंत्रों के निकास से कार्बन डाइऑक्साइड को हटाने के लिए है। वस्तुतः एकमात्र तकनीक जिसका गंभीरता से मूल्यांकन किया जा रहा है, उसमें विभिन्न ऐमीनों का उपयोग शामिल है, जैसे। मोनोएथेनोलामाइन। इन कार्बनिक यौगिकों के ठंडे समाधान CO2 को बांधते हैं, लेकिन बंधन उच्च तापमान पर उलट जाता हैः CO2 + 2 +, इस तकनीक को केवल सुविधा स्थापित करने की पूंजी लागत और इसके उपयोग की परिचालन लागत के कारण हल्के ढंग से लागू किया गया है। खनिज और जिओलाइट कई खनिज और खनिज जैसी सामग्री CO2 को प्रतिवर्ती रूप से बांधती है। अक्सर, ये खनिज ऑक्साइड या हाइड्रॉक्साइड होते हैं, और अक्सर CO2 कार्बोनेट के रूप में बंधा होता है। कार्बन डाइऑक्साइड क्विक लाइम (कैल्शियम ऑक्साइड) के साथ प्रतिक्रिया करके चूना पत्थर (कैल्शियम कार्बोनेट) बनाता है, जिसे कार्बोनेट लूपिंग कहा जाता है। अन्य खनिजों में सर्पिनाइट, एक मैग्नीशियम सिलिकेट हाइड्रॉक्साइड और ओलिविन शामिल हैं। आणविक चलनी भी इस क्षमता में कार्य करती है। हवा या फ्लू गैसों से CO2 को हटाने और उन्हें नियंत्रित वातावरण में छोड़ने के लिए विभिन्न (चक्रीय) स्क्रबिंग प्रक्रियाओं का प्रस्ताव किया गया है, जिससे स्क्रबिंग एजेंट वापस आ जाता है। इनमें आमतौर पर क्राफ्ट प्रक्रिया के एक प्रकार का उपयोग किया जाता है जो सोडियम हाइड्रॉक्साइड पर आधारित हो सकता है। CO2 को इस तरह के घोल में अवशोषित किया जाता है, चूने में स्थानांतरित किया जाता है (एक प्रक्रिया के माध्यम से जिसे कास्टिसाइजेशन कहा जाता है) और एक भट्टे के उपयोग के माध्यम से फिर से जारी किया जाता है। मौजूदा प्रक्रियाओं में कुछ संशोधनों के साथ (मुख्य रूप से ऑक्सीजन से चलने वाले भट्टे में परिवर्तित) परिणामी निकास CO2 की एक केंद्रित धारा बन जाती है, जो भंडारण या ईंधन में उपयोग के लिए तैयार होती है। इस ऊष्मीय-रासायनिक प्रक्रिया का एक विकल्प एक विद्युत प्रक्रिया है जो कार्बोनेट विलयन के विद्युत अपघटन के माध्यम से CO2 को छोड़ती है। यद्यपि सरल, यह विद्युत प्रक्रिया विद्युत अपघटन के रूप में अधिक ऊर्जा की खपत करती है, पानी को भी विभाजित करती है। भट्टे विधि पर विद्युत अपघटन का उपयोग करने के पर्यावरणीय लाभ को नकारने से रोकने के लिए, बिजली एक नवीकरणीय (या अन्यथा आवश्यक भट्टे की तुलना में कम उत्सर्जक) स्रोत से आनी चाहिए। पर्यावरण से प्रेरित कार्बन डाइऑक्साइड के प्रारंभिक अवतारों ने ऊर्जा स्रोत के रूप में बिजली का उपयोग किया और इसलिए वे हरित ऊर्जा पर निर्भर थे। कुछ तापीय CO2 ग्रहण प्रणालियाँ स्थल पर उत्पन्न ऊष्मा का उपयोग करती हैं, जो स्थान से बाहर बिजली उत्पादन के परिणामस्वरूप होने वाली अक्षमताओं को कम करती है, लेकिन फिर भी इसे (हरित) ऊष्मा के स्रोत की आवश्यकता होती है, जो परमाणु ऊर्जा या केंद्रित सौर ऊर्जा प्रदान कर सकती है। सोडियम हाइड्रॉक्साइड ज़मान और लैक्नर ने हवा पकड़ने की एक विशिष्ट विधि की रूपरेखा तैयार की। सबसे पहले, घुलनशील सोडियम कार्बोनेट का उत्पादन करने के लिए एक क्षारीय NaOH घोल द्वारा CO2 को अवशोषित किया जाता है। अवशोषण प्रतिक्रिया एक गैस तरल प्रतिक्रिया है, जो दृढ़ता से ऊष्माक्षेपी है, यहाँः 2NaOH (aq) + CO2 (g) → (aq) + (l) (aq) + (s) → 2NaOH (aq) + (s) ΔH° =-114.7 kJ/mol कास्टिसाइजेशन लुगदी और कागज उद्योग में सर्वव्यापी रूप से किया जाता है और आसानी से सोडियम से 94 प्रतिशत कार्बोनेट आयनों को कैल्शियम कैटायन में स्थानांतरित कर देता है। इसके बाद, कैल्शियम कार्बोनेट अवक्षेप को घोल से फ़िल्टर किया जाता है और गैसीय CO2 का उत्पादन करने के लिए ऊष्मीय रूप से विघटित किया जाता है। कैल्सीनेशन प्रतिक्रिया इस प्रक्रिया में एकमात्र एंडोथर्मिक प्रतिक्रिया है और इसे यहाँ दिखाया गया हैः (s) → CaO (s) + CO2 (g) ΔH° = + 179.2 kJ/mol कैल्साइट का थर्मल अपघटन ऑक्सीजन से दागे गए चूने के भट्टे में किया जाता है ताकि एक अतिरिक्त गैस पृथक्करण चरण से बचा जा सके। चूने का जलयोजन (सी. ए. ओ.) चक्र को पूरा करता है। चूने का जलयोजन एक ऊष्माक्षेपी प्रतिक्रिया है जिसे पानी या भाप के साथ किया जा सकता है। पानी का उपयोग करते हुए, यह एक तरल/ठोस प्रतिक्रिया है जैसा कि यहाँ दिखाया गया हैः CaO (s) + (l) → (s) ΔH° =-64.5 kJ/mol लिथियम हाइड्रॉक्साइड अन्य मजबूत क्षार जैसे कि सोडा लाइम, सोडियम हाइड्रॉक्साइड, पोटेशियम हाइड्रॉक्साइड और लिथियम हाइड्रॉक्साइड इसके साथ रासायनिक रूप से प्रतिक्रिया करके कार्बन डाइऑक्साइड को हटाने में सक्षम हैं। विशेष रूप से, लिथियम हाइड्रॉक्साइड का उपयोग अंतरिक्ष यान पर किया गया था, जैसे कि अपोलो कार्यक्रम में, वातावरण से कार्बन डाइऑक्साइड को हटाने के लिए। यह कार्बन डाइऑक्साइड के साथ प्रतिक्रिया करके लिथियम कार्बोनेट बनाता है। हाल ही में लिथियम हाइड्रॉक्साइड अवशोषक तकनीक को संज्ञाहरण मशीनों में उपयोग के लिए अनुकूलित किया गया है। एनेस्थीसिया मशीनें जो शल्य चिकित्सा के दौरान जीवन समर्थन और साँस लेने वाले एजेंट प्रदान करती हैं, आमतौर पर एक बंद परिपथ का उपयोग करती हैं जिससे रोगी द्वारा छोड़े गए कार्बन डाइऑक्साइड को हटाने की आवश्यकता होती है। लिथियम हाइड्रॉक्साइड पुराने कैल्शियम आधारित उत्पादों की तुलना में कुछ सुरक्षा और सुविधा लाभ प्रदान कर सकता है। 2 LiOH (s) + 2 (g) → 2 LiOH· (s) 2 LiOH· (s) + CO2 (g) → (s) + 3 (g) शुद्ध प्रतिक्रिया यह हैः 2LiOH (s) + CO2 (g) → (s) + (g) लिथियम पेरोक्साइड का भी उपयोग किया जा सकता है क्योंकि यह ऑक्सीजन जारी करने के अतिरिक्त लाभ के साथ प्रति इकाई वजन अधिक CO2 को अवशोषित करता है। हाल के वर्षों में लिथियम ऑर्थोसिलिकेट ने कार्बन डाइऑक्साइड को पकड़ने के साथ-साथ ऊर्जा भंडारण की ओर भी बहुत ध्यान आकर्षित किया है। यह सामग्री काफी प्रदर्शन लाभ प्रदान करती है, हालांकि इसे कार्बोनेट के गठन के लिए उच्च तापमान की आवश्यकता होती है। पुनर्योजी कार्बन डाइऑक्साइड हटाने की प्रणाली अंतरिक्ष शटल ऑर्बिटर पर पुनर्योजी कार्बन डाइऑक्साइड हटाने की प्रणाली (आर. सी. आर. एस.) ने दो बिस्तरों वाली प्रणाली का उपयोग किया जो व्यय योग्य उत्पादों के बिना कार्बन डाइऑक्साइड को लगातार हटाने का काम करती थी। पुनर्योजी प्रणालियों ने एक शटल मिशन को अपने शर्बत कनस्तरों को फिर से भरने के बिना अंतरिक्ष में लंबे समय तक रहने की अनुमति दी। पुरानी लिथियम हाइड्रॉक्साइड (एल. आई. ओ. एच.) आधारित प्रणालियाँ, जो गैर-पुनर्योजी हैं, पुनर्योजी धातु-ऑक्साइड-आधारित प्रणालियों द्वारा प्रतिस्थापित की गईं। धातु ऑक्साइड पर आधारित एक प्रणाली में मुख्य रूप से एक धातु ऑक्साइड शर्बत कनस्तर और एक पुनर्योजी संयोजन शामिल था। यह एक शर्बत सामग्री का उपयोग करके कार्बन डाइऑक्साइड को हटाकर और फिर शर्बत सामग्री को पुनः उत्पन्न करके काम करता है। धातु-ऑक्साइड शर्बत कनस्तर को 10 घंटे की मानक प्रवाह दर पर लगभग इसके माध्यम से हवा पंप करके पुनर्जीवित किया गया था। सक्रिय कार्बन सक्रिय कार्बन का उपयोग कार्बन डाइऑक्साइड स्क्रबर के रूप में किया जा सकता है। उच्च कार्बन डाइऑक्साइड सामग्री वाली हवा, जैसे कि फलों के भंडारण स्थानों से हवा, सक्रिय कार्बन के बिस्तरों के माध्यम से उड़ाई जा सकती है और कार्बन डाइऑक्साइड सक्रिय कार्बन [अवशोषण] का पालन करेगा। एक बार बिस्तर संतृप्त हो जाने के बाद इसे कम कार्बन डाइऑक्साइड हवा, जैसे कि परिवेशी वायु, को बिस्तर के माध्यम से उड़ाकर "पुनः उत्पन्न" किया जाना चाहिए। यह बिस्तर से कार्बन डाइऑक्साइड को छोड़ेगा, और फिर इसका उपयोग फिर से साफ़ करने के लिए किया जा सकता है, जिससे हवा में कार्बन डाइऑक्साइड की शुद्ध मात्रा वही रह जाएगी जब प्रक्रिया शुरू की गई थी। धातु-कार्बनिक ढांचा (एम. ओ. एफ.) धातु-कार्बनिक ढांचा अधिशोषण के माध्यम से कार्बन डाइऑक्साइड को पकड़ने और पृथक्करण के लिए सबसे आशाजनक नई तकनीकों में से एक है। हालाँकि आजकल कोई बड़े पैमाने पर वाणिज्यिक तकनीक मौजूद नहीं है, कई शोध अध्ययनों ने संकेत दिया है कि एमओएफ में कार्बन डाइऑक्साइड अवशोषक के रूप में बड़ी क्षमता है। इसकी विशेषताएँ, जैसे कि छिद्र संरचना और सतह के कार्यों को अन्य गैसों की तुलना में CO2 चयनात्मकता में सुधार करने के लिए आसानी से जोड़ा जा सकता है। एक एम. ओ. एफ. को विशेष रूप से दहन के बाद के बिजली संयंत्रों में सी. ओ. 2 हटाने वाले एजेंट की तरह काम करने के लिए डिज़ाइन किया जा सकता है। इस परिदृश्य में, फ्लू गैस एक एम. ओ. एफ. सामग्री से भरे बिस्तर से होकर गुजरेगी, जहाँ सी. ओ. 2 को हटा दिया जाएगा। संतृप्ति तक पहुँचने के बाद, दबाव या तापमान स्विंग करके CO2 को अवशोषित किया जा सकता है। कार्बन डाइऑक्साइड को भूमिगत रूप से संग्रहीत करने या उन्नत तेल पुनर्प्राप्ति प्रक्रियाओं में उपयोग करने के लिए सुपरक्रिटिकल स्थितियों में संपीड़ित किया जा सकता है। हालाँकि, कई कठिनाइयों के कारण यह अभी भी बड़े पैमाने पर संभव नहीं है, जिनमें से एक बड़ी मात्रा में एमओएफ का उत्पादन है। एक अन्य समस्या एमओएफ को संश्लेषित करने के लिए आवश्यक धातुओं की उपलब्धता है। एक काल्पनिक परिदृश्य में जहां इन सामग्रियों का उपयोग ग्लोबल वार्मिंग के मुद्दों से बचने के लिए आवश्यक सभी CO2 को पकड़ने के लिए किया जाता है, जैसे कि पूर्व-औद्योगिक औसत तापमान से 2 डिग्री सेल्सियस से कम वैश्विक तापमान वृद्धि को बनाए रखना, हमें पृथ्वी पर उपलब्ध धातुओं की तुलना में अधिक धातुओं की आवश्यकता होगी। उदाहरण के लिए, वैनेडियम का उपयोग करने वाले सभी एमओएफ को संश्लेषित करने के लिए, हमें 2010 के वैश्विक भंडार की आवश्यकता होगी। यहां तक कि अगर मैग्नीशियम आधारित एमओएफ का उपयोग किया जाता है, जिन्होंने सीओ2 को अवशोषित करने की बड़ी क्षमता का प्रदर्शन किया है, तो हमें 2010 के वैश्विक भंडार के 14 प्रतिशत की आवश्यकता होगी, जो कि एक बड़ी राशि है। इसके अलावा, व्यापक खनन की आवश्यकता होगी, जिससे अधिक संभावित पर्यावरणीय समस्याएं पैदा होंगी। डी. ओ. ई. द्वारा प्रायोजित और यू. ओ. पी. एल. एल. सी. द्वारा चार अलग-अलग विश्वविद्यालयों के संकाय के सहयोग से संचालित एक परियोजना में, एम. ओ. एफ. का दहन के बाद फ्लू गैस में संभावित कार्बन डाइऑक्साइड हटाने वाले एजेंटों के रूप में परीक्षण किया गया था। वे वैक्यूम प्रेशर स्विंग प्रक्रिया का उपयोग करके फ्लू गैस धारा से 90 प्रतिशत कार्बन डाइऑक्साइड को अलग करने में सक्षम थे। व्यापक जाँच के माध्यम से, शोधकर्ताओं ने पाया कि उपयोग किया जाने वाला सबसे अच्छा एम. ओ. एफ. एम. जी./डी. ओ. बी. डी. सी. था, जिसमें 21.7 डब्ल्यू. टी.% सी. ओ. 2 लोडिंग क्षमता है। अनुमानों से पता चलता है कि, यदि एक बड़े पैमाने पर बिजली संयंत्र पर इसी तरह की प्रणाली लागू की जाती है, तो ऊर्जा की लागत में 65 प्रतिशत की वृद्धि होगी, जबकि एन. ई. टी. एल. बेसलाइन एमाइन आधारित प्रणाली 81 प्रतिशत की वृद्धि का कारण बनेगी (डी. ओ. ई. लक्ष्य 35 प्रतिशत है)। इसके अलावा, कार्बन डाइऑक्साइड के प्रत्येक टन की लागत 57 डॉलर होगी, जबकि एमाइन प्रणाली के लिए यह लागत 72 डॉलर होने का अनुमान है। परियोजना 2010 में समाप्त हुई, यह अनुमान लगाते हुए कि 580 मेगावाट बिजली संयंत्र में ऐसी परियोजना को लागू करने के लिए आवश्यक कुल पूंजी 354 मिलियन डॉलर थी। एयर कार्ट्रिज का विस्तार एक विस्तारित एयर कार्ट्रिज (ई. ए. सी.) एक प्रकार का पूर्व-लोडेड एक-उपयोग अवशोषक कनस्तर है जिसे एक उपयुक्त रूप से डिज़ाइन किए गए रीब्रीदर में प्राप्तकर्ता गुहा में फिट किया जा सकता है। अन्य विधियाँ कार्बन डाइऑक्साइड को साफ़ करने के लिए कई अन्य विधियों और सामग्रियों पर चर्चा की गई है। अवशोषण पुनर्योजी कार्बन डाइऑक्साइड निष्कासन प्रणाली (आर. सी. आर. एस.) शैवाल से भरे बायोरिएक्टर झिल्ली गैस पृथक्करण ऊष्मा विनिमायकों को उलटना भी संदर्भ देखें स्क्रबर्स कार्बन डाइऑक्साइड अंतरिक्ष सूट घटक अंतरिक्ष यान जीवन समर्थन प्रणाली गैस प्रौद्योगिकी कार्बन ग्रहण और भंडारण