二氧化碳是一種溫室氣體，如何在它進入大氣層之前從化石燃料發電廠的廢氣中去除？新的研究結果表明，一個有希望的答案在於一種簡單、經濟和可能重複使用的材料，該材料在美國國家標準與技術研究所（NIST）進行了分析。那裡來自多個機構的科學家們已經確定了這種材料為什麼會有如此好的效果。

甲酸鋁是該團隊的研究對象。它是被稱為金屬有機框架（MOFs）的一類物質之一。作為一個群體，MOFs在過濾和分離有機材料–通常是化石燃料中的各種碳氫化合物–方面表現出巨大的潛力。一些MOFs在提煉天然氣或分離汽油中的辛烷成分方面顯示出前景；其他的MOFs可能有助於降低塑料製造的成本或廉價地將一種物質轉化為另一種。它們進行這種分離的能力來自於其固有的多孔性。

甲酸鋁，科學家們稱之為ALF，具有將二氧化碳（CO2）從其他氣體中分離出來的天賦，這些氣體通常從火力發電廠的煙囪中飛出。與此同時，據NIST的Hayden Evans（海登·埃文斯）說，它也缺乏其他擬議的碳過濾材料所具有的缺點。埃文斯是該團隊研究論文的主要作者之一，該論文於11月2日發表在同行評議的《科學進展》雜誌上。

“這項工作令人振奮的是，相對於其他高性能的二氧化碳吸附劑，ALF的性能確實很好，但它在簡單性、整體穩定性和易於製備方面可以與設計者的化合物相媲美，”NIST中子研究中心（NCNR）的化學家埃文斯說。”它是由兩種很容易找到和很豐富的物質組成的，因此創造足夠的ALF來廣泛使用應該是可能的，而且成本非常低。”

來自新加坡國立大學、新加坡科學、技術和研究機構、特拉華大學和加州大學聖巴巴拉分校的科學家也被列入研究小組。

全球大約30%的二氧化碳排放是由燃煤電廠造成的。即使世界正在接受其他能源，如不產生溫室氣體的太陽能和風能，找到一種方法來減少現有電廠的碳輸出，可以幫助緩解它們在運行中的影響。

一個合理的方法是在煙氣進入大氣層之前就將其洗淨。然而，事實證明創建一個有效的洗滌裝置是具有挑戰性的。流入燃煤電廠煙囪的混合氣體通常是相當熱、潮濕且具有腐蝕性–這些特點使得我們很難找到一種經濟的材料來有效地完成這項工作。一些MOFs效果很好，但由昂貴的材料製成；其他MOFs本身成本較低，但只有在乾燥條件下才有足夠的表現，需要一個”乾燥步驟”，以降低氣體濕度，但提高了洗滌過程的整體成本。

“把這一切放在一起，你需要某種神奇的材料，”埃文斯說。”在這裡，除了在非常潮濕的條件下的穩定性，我們已經成功地勾選了每一個盒子。然而，使用ALF將足夠便宜，以至於乾燥步驟成為一個可行的選擇。”

ALF是由氫氧化鋁和甲酸製成的，這兩種化學品在市場上很豐富，而且很容易得到。埃文斯說，它的成本將低於每公斤1美元，這比具有類似性能的其他材料的成本低100倍。低成本是很重要的，因為單個工廠的碳捕獲可能需要多達數万噸的過濾材料。整個世界需要的數量將是巨大的。

在微觀尺度上，ALF類似於一個有無數小孔的三維鐵絲籠。這些小孔大到足以讓二氧化碳分子進入並被困住，但小到足以排除構成煙氣大部分的稍大的氮氣分子。埃文斯說，國家核研究中心的中子衍射工作向研究小組展示了材料中的單個籠子是如何收集和填充二氧化碳的，揭示了氣體分子像手套中的手一樣適合ALF中的某些籠子。

儘管有潛力，ALF還不能立即開始運用。工程師們將需要設計一個程序來大規模地製造ALF。燃煤電廠也需要一個兼容性測試過程，還需要在洗滌煙氣之前降低煙氣的濕度。埃文斯說，人們已經對如何解決這些問題有了很大的了解，而且它們不會使使用ALF的成本過高。

之後如何處理二氧化碳也是一個主要問題，儘管這是所有碳捕捉材料的一個問題。正在進行的研究工作是將其轉化為甲酸–甲酸不僅是一種天然存在的有機材料，也是ALF的兩種成分之一。新的想法是，ALF可以成為一個循環過程的一部分，在這個過程中，ALF從廢氣中去除二氧化碳，而捕獲的二氧化碳被用來製造更多的甲酸。然後，這種甲酸將被用來製造更多的ALF，進一步減少材料循環的整體影響和成本。

埃文斯說：”現在有大量的研究在進行，研究如何處理所有捕獲的二氧化碳，我們最終有可能利用太陽能從水中分離出氫氣，然後將氫氣與二氧化碳結合，製造更多的甲酸。與ALF相結合，這是一個有助於地球的解決方案。”