Neutronspridning för jordens avkolning
- Diarienummer
- SNP21-0004
- Projektledare
- Nocerino, Elisabetta
- Start- och slutdatum
- 221001-260930
- Beviljat belopp
- 2 857 143 kr
- Förvaltande organisation
- Stockholm University
- Forskningsområde
- Materialvetenskap och materialteknologier
Summary
Åtgärdande av klimatförändringar är en av det här århundradets stora utmaningar, och uppnåendet av att stoppa antropogen global uppvärmning måste eftersträvas med både förebyggande och sanerande metoder. Detta forskningsprojekt fokuserar på superisolerande cellulosabaserade nanomaterial, lämpliga för att minimera växthusgasutsläpp från byggd infrastruktur (förebyggande metod), och på mikroporösa kolbaserade material lämpliga för kolavlägsning från atmosfären (sanerande metod). Egenskaperna hos sådana material, vanligtvis studerade med icke-neutronbaserade metoder, är för närvarande inte välkända. Därför består den vetenskapliga utmaningen med dem i att klargöra deras avstämbara grundläggande fysikaliska och kemiska egenskaper, för att optimera deras prestanda för användning i storskaliga applikationer. Vi kommer att använda olika tekniker för karakterisering av neutronspridning för att förstå subtila struktur-egenskapsförhållanden (t.ex. fuktberoende molekylära förändringar, porfyllning under CO2-upptag) såväl som dynamiska och transportegenskaper (t.ex. fononbaserad värmeledningsförmåga, CO2- och H2O-masstransport ) i nanocellulosa och CO2-adsorbenter. Vi kommer också att observera övergående effekter genom att utföra in-situ mätningar under befuktning, fysisorption och kemisorption. Den nya insikten om neutronspridning förväntas ge grunden för en vetenskapsbaserad design av hållbara material för avkolning av mänskliga aktiviteter med optimerade egenskaper.
Populärvetenskaplig beskrivning
The excessive emissions of carbon dioxide (CO2) released in the atmosphere by human activities are the primary source of modern global climate change. Since 1850 the man-made CO2 emissions kept growing steadily causing a global warming of 1.3°C with respect to pre-industrial levels. The concentration of CO2 in the atmosphere is still rising rapidly, but temperature increases above 2°C would have irreversible catastrophic consequences for the life on Earth, so this is a hard limit. The only way to stabilize the human-induced global warming requires net anthropogenic CO2 emissions to become zero. However, the 73.2% of such emissions comes from a fossil fuel-based energy production to provide electricity, heat, and transportation and, despite massive investments in the transition to a global renewable energy system, the technological advancements do not match the energy demands of the global growing population. At this point, to stabilize the CO2 content in atmosphere at twice the preindustrial level, negative emissions need to be achieved by latest the end of the current century. This is a challenging objective to realize because our fossil-energy dependence is strong, CO2 is a stable molecule that can persist in the atmosphere for up to 1000 years, and the natural carbon sinks on Earth are not sufficient to match the necessary CO2 adsorption rates. Therefore, to solve the problem, we need to both prevent new CO2 emissions from being released and remove historical CO2 already present in the atmosphere. In this project we propose to address these two aspects by using neutron scattering experimental techniques to investigate the physical and chemical properties of nanocellulose materials, suitable for making built infrastructures energy efficient via thermal insulation, and microporous CO2 adsorbents, suitable for CO2 removal technologies such as Carbon Capture (CCS/CCU) and Direct Air Capture (DAC). Such properties need to be well understood in order to be optimized for implementation in large scale environmental technologies, and neutrons are an investigation probe with unique capabilities that are ideal to clarify them. In particular, we aim to identify the conditions to minimize heat conduction in nanocellulose materials, to obtain sustainable cellulose-based super-insulating building materials, and to understand and tune the mechanisms of CO2 capture and transport in microporous adsorbents, to achieve the most efficient and cost-effective performance.