劍橋研究人員發明可直接吸收空氣中二氧化碳的新材料
劍橋大學的研究人員利用帶電活性碳開發出一種低能耗碳捕獲技術，能夠比傳統方法更有效地直接從空氣中吸收二氧化碳。研究人員發現，透過將木炭”海綿”充入能與二氧化碳形成可逆鍵的離子，這種帶電材料就能成功地直接從空氣中捕捉二氧化碳。
與目前的碳捕集方法相比，帶電木炭海綿也可能更節能，因為它需要更低的溫度來去除捕集到的二氧化碳，以便將其儲存起來。這項研究成果發表在《自然》雜誌。
領導這項研究的優素福-哈米德化學系亞歷山大-福斯博士說：「從大氣中捕捉碳排放是最後的手段，但考慮到氣候緊急情況的規模，這是我們需要研究的問題。我們必須做的第一件也是最緊迫的事情是在全球範圍內減少碳排放，但溫室氣體清除也被認為是實現淨零排放和限制氣候變遷最壞影響所必需的。竭盡全力”。
直接空氣捕集是一種潛在的碳捕集方法，它使用海綿狀材料從大氣中去除二氧化碳，但目前的方法成本高昂，需要高溫和使用天然氣，而且缺乏穩定性。
福斯說：”在使用多孔材料從大氣中捕集碳方面，已經開展了一些很有前景的工作。”我們想看看活性碳是否可以作為一種選擇，因為它便宜、穩定，而且可以大規模製造。 “
活性碳被廣泛應用於淨水器等淨化領域，但它通常無法捕捉和保持空氣中的二氧化碳。福斯和他的同事提出，如果活性碳可以像電池一樣充電，那麼它就可以成為合適的碳捕獲材料。
電池充電時，帶電離子會進入電池的一個電極。研究人員假設，用氫氧化物這種化合物為活性碳充電，可以使其適用於碳捕獲，因為氫氧化物會與二氧化碳形成可逆鍵結。
研究團隊利用類似電池的充電過程，為一種廉價的活性碳布充入氫氧根離子。在這個過程中，炭布就像電池中的電極，氫氧根離子在炭的微孔中積聚。充電過程結束後，將木炭從”電池”中取出，清洗並烘乾。
對帶電木炭海綿的測試表明，由於氫氧化物的結合機制，它可以成功地直接從空氣中捕獲二氧化碳。
“這是一種利用類似電池的工藝製造材料的新方法，」福斯說。 “二氧化碳捕獲率已經與現有材料相當。但更有希望的是，這種方法的能源密集度要低得多，因為我們不需要高溫來收集二氧化碳和再生木炭海綿。”
為了從木炭中收集二氧化碳，使其淨化和儲存，需要將材料加熱，以逆轉氫氧化物-二氧化碳鍵。目前用於從空氣中捕捉二氧化碳的大多數材料都需要加熱到高達900°C 的溫度，通常需要使用天然氣。然而，劍橋大學團隊開發的帶電木炭海綿只需要加熱到90-100°C 的溫度，使用再生電力即可達到此溫度。這種材料是透過電阻加熱加熱的，基本上是由內向外加熱，因此過程更快，能耗更低。
不過，這種材料也有局限性，研究人員目前正在努力解決這個問題。福斯說：”我們正在努力提高二氧化碳的捕獲量，尤其是在潮濕的條件下，因為在潮濕的條件下，我們的性能會下降。”
研究人員說，他們的方法可以用於碳捕獲以外的領域，因為木炭中的孔隙和插入其中的離子可以進行微調，以捕獲一系列分子。
福斯說：『這種方法是我們在COVID-19 大流行期間提出的一個瘋狂想法，所以當這些想法真正奏效時，總是令人興奮的。這打開了一扇門，可以用簡單、節能的方式為不同應用製造各種材料。
編譯來源：ScitechDaily