天然气是世界能源的最大贡献者之一，也是许多不同用途的可行燃料。特别是天然气联合循环(NGCC)电厂是一种高效的系统设计，可能会继续提供长期的基本负荷电力。
然而，有一个问题。天然气是一种化石燃料，化石燃料的使用增加会向大气中释放更多的二氧化碳——这是气候变化的主要问题。
匹兹堡大学斯旺森工程学院机械工程和材料科学助理教授Katherine Hornbostel说:“随着越来越多的行业向净零排放迈进，为了在低碳的未来保持天然气的存在，高捕获率的碳捕获和储存将是必要的。”“随着间歇性可再生能源的扩张，天然气发电厂将不得不更频繁地在低负荷条件下运行。”
Hornbostel精通碳捕获技术，他领导了一个来自西弗吉尼亚大学、托莱多大学和aristsys LLC的研究小组，参与了一个ARPA-E项目，在NCGG工厂模拟了一种新型混合碳捕获设计，几乎达到了净零排放。
他们模拟了一个混合碳捕获系统，该系统连接到NGCC发电厂，由膜系统和固体吸附剂系统组成。对于固体吸附剂系统，该团队模拟了固定床吸收器，其中填充了金属有机框架(MOF)固体吸附剂，吸收二氧化碳并使用发电厂的蒸汽进行变温解吸。
Hornbostel的研究小组专注于优化该固体吸附剂系统的设计，并发现最佳条件是合理的，并且可以集成到NGCC装置中。他们认为，未来研究更适合直接空气捕获的固体吸附剂可以实现净零或净负二氧化碳排放。
虽然Hornbostel博士的研究小组专注于固体吸附剂系统的设计，但整个项目团队共同努力，对复杂的综合NGCC +膜+固体吸附剂系统进行建模和优化。该团队开发了一个集成系统，其中膜碳捕获系统首先处理天然气废气，然后是固体吸附碳系统。他们的模型表明，在高负荷条件下，进口天然气流的碳捕集率为99.3%，在低负荷条件下，碳捕集率为99.6%。他们还发现，他们的混合系统将比基准的MEA溶剂碳捕集系统更具成本竞争力，后者在高二氧化碳税的未来可以实现90%的捕集。
虽然他们的结果并没有达到100%的碳捕获(净零排放)，但Hornbostel相信，通过优化所选择的固体吸附剂材料，他们的设计可以实现净零排放，甚至可能是净负排放。
“虽然我们无法实现净零排放，但我们已经接近了令人鼓舞的目标，”霍恩博特尔说。“这是我们需要采取的一步，以证明天然气可以成为脱碳未来电力结构的一部分。”
