Clearly, no unique solution exists

Clearly, no unique solution exists currently to solve the problem of CO2 capture, and this complex challenge will almost certainly require the integration of several technology options. This review article has sought to highlight the challenges for CO2 separation methods which have the greatest likelihood of reducing CO2 emissions to the atmosphere, namely postcombustion (low pressure, predominantly CO2/N2 separation), precombustion (high pressure, predominantly CO2/H2 separation) capture and natural gas sweetening (predominantly CO2/CH4 separation). Importantly, the requirements for capture materials vary beyond those discussed here depending on the specific technology and stage in a particular process at which CO2 capture occurs. For example, the selectivity may be critical in some applications, but less so in others, tolerance to other components in the gas stream such as water and H2S may or may not be required, and the long term chemical and mechanical stability may be more or less important.
While improvements to industrial processes and reductions in the plant footprints will make some contribution to the capture problem, the key factor which underlies significant advancements lies in improved materials that perform the separations. The results of research efforts in this area will have widespread implications not just for CO2 sequestration, but other gas separations, as well as solar-to-fuels conversions, H2 production, etc. Although outside the scope of the present article, the direct capture of CO2 from ambient air represents another emerging technology option deserving of further research effort.[25]
The production of hybrid materials also holds great promise. For example, metal–organic frameworks could be closely integrated with hydrophobic polymers to produce block co-polymers which prohibit the permeation of water. Serious advantages over fixed-bed adsorption methods are also expected for the application of metal–organic frame works to gas separations if reliable methods can be developed for integrating these free-flowing powder materials into membranes. [14] With respect to new materials, the key scientific challenges are the development of a level of molecular control, and the development of modern characterization and computational methods that will support, guide and provide further refinement to the most promising structures. Characterization of these new materials at the molecular level is essential. To accelerate the process, high-throughput characterization should be employed in cases where high-throughput materials synthesis is possible. For crystalline materials, measurements of the adsorption isotherms and breakthrough curves will be essential, while for polymeric materials, the focus should be on adsorption and permeation experiments on small polymer films. In combination with gas uptake measurements on powders or films, the structural information should allow issues regarding the loading of potential separation materials with different gases to be addressed. A parameter that must be assessed in all cases is the enthalpy of adsorption, since the cost for regeneration of any capture material is critically dependent on the energy required to remove the CO2. The static properties of the gas-loaded materials could be assessed using in-situ techniques such as resonant X-ray absorption spectroscopy, which has the capability to study interactions between gas molecules and the matrix in a spatially averaging manner. For crystalline materials, in-situ single crystal X-ray diffraction can be employed to determine the material structure under different loading conditions. Chemical information on polymer thin films could be obtained at the spatial resolution of a few nanometers using energy-dispersive spectroscopy and through surface area NMR relaxometry methods. Characterization of the molecular transport properties of the materials is essential in order to obtain a molecular understanding of transport processes. Important fundamental questions include: how the structure changes with loading, how adsorbates bind to the material, and if so where and through which interaction, as well as how different permeates influence each other"s solubility. Techniques such as resonant soft X-ray spectroscopy to study the internal chemistry of gas permeates and separation media, and solid-state NMR may prove of great utility in relating diffusion to molecular structure. The most significant conclusion from the measurements will be the ability to correlate microscopic absorbate dynamics with the structural information on loaded materials. A comparison between of the microscopic mobility and the macroscopic diffusion should provide insights into the mechanism of selective transport through these materials.

Kết quả (Việt) 1:

Rõ ràng, không có giải pháp duy nhất tồn tại hiện nay để giải quyết vấn đề của CO2 chụp, và thách thức phức tạp này gần như chắc chắn sẽ yêu cầu hội nhập của một vài công nghệ lựa chọn. Bài viết này xem xét lại đã tìm cách để làm nổi bật những thách thức cho phương pháp tách CO2 có khả năng lớn nhất của việc giảm các khí CO2 phát thải khí quyển, cụ thể là postcombustion (áp suất thấp, chủ yếu là CO2/N2 tách), precombustion (áp lực cao, chủ yếu là CO2/H2 tách) nắm bắt và khí tự nhiên ngọt (chủ yếu là CO2/CH4 tách). Quan trọng, các yêu cầu vật liệu chụp khác nhau ngoài những thảo luận tại đây tùy thuộc vào công nghệ cụ thể và các giai đoạn trong một quá trình cụ thể lúc đó CO2 bắt giữ xảy ra. Ví dụ, chọn lọc có thể là rất quan trọng trong một số ứng dụng, nhưng ít như vậy trong những người khác, khả năng chịu các thành phần khác trong dòng khí, chẳng hạn như nước và H2S có thể hoặc có thể không được yêu cầu, và sự ổn định hóa học và cơ khí dài hạn có thể nhiều hay ít quan trọng. Trong khi cải tiến quy trình công nghiệp và cắt giảm các dấu chân thực vật sẽ làm cho một số đóng góp cho vấn đề chụp, yếu tố quan trọng mà nền tảng tiến bộ đáng kể nằm trong vật liệu cải tiến thực hiện các đứt. Kết quả của những nỗ lực nghiên cứu trong lĩnh vực này sẽ có ý nghĩa phổ biến rộng rãi không chỉ cho sequestration CO2, nhưng khác khí tách, cũng như chuyển đổi năng lượng mặt trời nhiên liệu, sản xuất H2, vv. Mặc dù bên ngoài phạm vi của bài báo hiện nay, việc chiếm CO2 trực tiếp từ không khí xung quanh đại diện cho một mới nổi công nghệ lựa chọn xứng đáng hơn nữa nỗ lực nghiên cứu. [25] The production of hybrid materials also holds great promise. For example, metal–organic frameworks could be closely integrated with hydrophobic polymers to produce block co-polymers which prohibit the permeation of water. Serious advantages over fixed-bed adsorption methods are also expected for the application of metal–organic frame works to gas separations if reliable methods can be developed for integrating these free-flowing powder materials into membranes. [14] With respect to new materials, the key scientific challenges are the development of a level of molecular control, and the development of modern characterization and computational methods that will support, guide and provide further refinement to the most promising structures. Characterization of these new materials at the molecular level is essential. To accelerate the process, high-throughput characterization should be employed in cases where high-throughput materials synthesis is possible. For crystalline materials, measurements of the adsorption isotherms and breakthrough curves will be essential, while for polymeric materials, the focus should be on adsorption and permeation experiments on small polymer films. In combination with gas uptake measurements on powders or films, the structural information should allow issues regarding the loading of potential separation materials with different gases to be addressed. A parameter that must be assessed in all cases is the enthalpy of adsorption, since the cost for regeneration of any capture material is critically dependent on the energy required to remove the CO2. The static properties of the gas-loaded materials could be assessed using in-situ techniques such as resonant X-ray absorption spectroscopy, which has the capability to study interactions between gas molecules and the matrix in a spatially averaging manner. For crystalline materials, in-situ single crystal X-ray diffraction can be employed to determine the material structure under different loading conditions. Chemical information on polymer thin films could be obtained at the spatial resolution of a few nanometers using energy-dispersive spectroscopy and through surface area NMR relaxometry methods. Characterization of the molecular transport properties of the materials is essential in order to obtain a molecular understanding of transport processes. Important fundamental questions include: how the structure changes with loading, how adsorbates bind to the material, and if so where and through which interaction, as well as how different permeates influence each other"s solubility. Techniques such as resonant soft X-ray spectroscopy to study the internal chemistry of gas permeates and separation media, and solid-state NMR may prove of great utility in relating diffusion to molecular structure. The most significant conclusion from the measurements will be the ability to correlate microscopic absorbate dynamics with the structural information on loaded materials. A comparison between of the microscopic mobility and the macroscopic diffusion should provide insights into the mechanism of selective transport through these materials.

Kết quả (Việt) 2:

Rõ ràng, không có giải pháp duy nhất hiện đang tồn tại để giải quyết vấn đề thu giữ CO2, và thách thức phức tạp này gần như chắc chắn sẽ đòi hỏi sự tích hợp của một số tùy chọn công nghệ. Bài báo này đã tìm cách để làm nổi bật những thách thức cho các phương pháp tách CO2 có khả năng lớn nhất của việc giảm lượng khí thải CO2 vào khí quyển, cụ thể là postcombustion (áp suất thấp, chủ yếu là CO2 / N2 tách), precombustion (áp suất cao, chủ yếu là CO2 / H2 tách) nắm bắt và làm ngọt khí tự nhiên (chủ yếu là CO2 / CH4 tách). Quan trọng hơn, các yêu cầu đối với nguyên liệu chụp khác nhau ngoài những thảo luận ở đây phụ thuộc vào các công nghệ cụ thể và giai đoạn trong một quy trình cụ thể mà tại đó thu giữ CO2 xảy ra. Ví dụ, độ chọn lọc có thể là quan trọng trong một số ứng dụng, nhưng kém hơn ở những người khác, khoan dung với các thành phần khác trong dòng khí như nước và H2S có thể hoặc có thể không được yêu cầu, và các hóa chất lâu dài và ổn định cơ thể có nhiều hoặc ít quan trọng.
Trong khi các cải tiến cho quá trình công nghiệp và giảm các dấu chân nhà máy sẽ làm cho một số đóng góp cho vấn đề chụp, các yếu tố quan trọng làm nền tảng cho những tiến bộ đáng kể nằm trong các tài liệu được cải thiện, thực hiện sự phân ly. Kết quả của những nỗ lực nghiên cứu trong lĩnh vực này sẽ có tác động rộng rãi không chỉ hấp thụ CO2, nhưng sự phân ly khí khác, cũng như năng lượng mặt trời để chuyển đổi nhiên liệu, sản xuất H2, vv Mặc dù bên ngoài phạm vi của bài viết này, nắm bắt trực tiếp CO2 từ không khí xung quanh cho thấy một tùy chọn công nghệ đang nổi lên xứng đáng công sức nghiên cứu thêm. [25]
Việc sản xuất vật liệu hybrid cũng hứa hẹn tuyệt vời. Ví dụ, khung kim loại hữu cơ có thể được tích hợp chặt chẽ với các polyme kỵ nước để sản xuất khối đồng polyme này cấm thấm nước. Lợi thế nghiêm trọng hơn các phương pháp hấp phụ cố định giường cũng được dự kiến cho việc áp dụng các khung kim loại hữu cơ hoạt động sang khí gas ly nếu phương pháp đáng tin cậy có thể được phát triển để tích hợp các vật liệu dạng bột chảy vào màng. [14] Đối với vật liệu mới với những thách thức khoa học chính là sự phát triển của một mức độ kiểm soát phân tử, và sự phát triển của các đặc tính hiện đại và phương pháp tính toán rằng sẽ hỗ trợ, hướng dẫn và cung cấp tinh tế hơn với cấu trúc có triển vọng nhất. Đặc tính của các vật liệu mới ở cấp độ phân tử là điều cần thiết. Để đẩy nhanh quá trình này, thông lượng cao đặc tính nên được sử dụng trong trường hợp tổng hợp các tài liệu thông lượng cao là có thể. Đối với vật liệu tinh thể, đo lường của isotherms hấp phụ và các đường cong mang tính đột phá là rất cần thiết, trong khi đối với các vật liệu cao phân tử, nên tập trung vào khả năng hấp thụ và thẩm thấu các thí nghiệm trên phim polymer nhỏ. Trong sự kết hợp với các phép đo hấp thu khí vào bột hoặc các bộ phim, các thông tin cấu trúc nên cho phép các vấn đề liên quan đến việc tải các vật liệu tách tiềm năng với các loại khí khác nhau để được giải quyết. Một tham số đó phải được đánh giá ở tất cả các trường hợp là entanpi của hấp phụ, vì chi phí cho việc tái tạo vật liệu bất kỳ chụp là cực kỳ quan phụ thuộc vào năng lượng cần thiết để loại bỏ các khí CO2. Các đặc tính tĩnh của vật liệu bọt khí nạp có thể được đánh giá bằng cách sử dụng in-situ các kỹ thuật như hấp thụ quang phổ cộng hưởng X-ray, trong đó có khả năng để nghiên cứu sự tương tác giữa các phân tử khí và ma trận một cách không gian trung bình. Đối với vật liệu tinh thể, in-situ đơn tinh thể nhiễu xạ X-ray có thể được sử dụng để xác định cấu trúc vật chất theo các điều kiện tải khác nhau. Thông tin hóa học trên màng mỏng polymer có thể thu được ở độ phân giải không gian của một vài nanomet bằng cách sử dụng quang phổ tán sắc năng lượng và diện tích bề mặt thông qua các phương pháp NMR relaxometry. Đặc tính của các công cụ chuyển phân tử của vật liệu là điều cần thiết để có được một sự hiểu biết phân tử của quá trình vận chuyển. Câu hỏi cơ bản quan trọng bao gồm: làm thế nào cấu trúc thay đổi với tải, làm thế nào adsorbates liên kết với các tài liệu, và nếu như vậy ở đâu và thông qua đó sự tương tác, cũng như cách thấm khác nhau ảnh hưởng lẫn nhau "s hòa tan Các kỹ thuật như cộng hưởng mềm quang phổ X-ray. để nghiên cứu hóa học bên trong thấm khí và phân tách phương tiện truyền thông, và trạng thái rắn NMR có thể chứng minh các tiện ích tuyệt vời trong việc liên hệ phổ biến cấu trúc phân tử. Kết luận quan trọng nhất từ các phép đo sẽ là khả năng tương quan động absorbate vi với các thông tin cấu trúc trên vật liệu nạp. Một sự so sánh giữa các di động siêu nhỏ và sự khuếch tán vĩ mô nên cung cấp những hiểu biết về cơ chế vận chuyển có chọn lọc thông qua các tài liệu này.