即时：NIST的新突破：简单材料可擦除电厂烟囱当中的二氧化碳

2022-11-06 22:35:13 来源：cnBeta

二氧化碳是一种温室气体，如何在它进入大气层之前从化石燃料发电厂的废气中去除？新的研究结果表明，一个有希望的答案在于一种简单、经济和可能重复使用的材料，该材料在美国国家标准与技术研究所（NIST）进行了分析。那里来自多个机构的科学家们已经确定了这种材料为什么会有如此好的效果。

甲酸铝是该团队的研究对象。它是被称为金属有机框架（MOFs）的一类物质之一。作为一个群体，MOFs在过滤和分离有机材料--通常是化石燃料中的各种碳氢化合物--方面表现出巨大的潜力。一些MOFs在提炼天然气或分离汽油中的辛烷成分方面显示出前景；其他的MOFs可能有助于降低塑料制造的成本或廉价地将一种物质转化为另一种。它们进行这种分离的能力来自于其固有的多孔性。

(资料图片仅供参考)

甲酸铝，科学家们称之为ALF，具有将二氧化碳（CO2）从其他气体中分离出来的天赋，这些气体通常从火力发电厂的烟囱中飞出。与此同时，据NIST的Hayden Evans（海登·埃文斯）说，它也缺乏其他拟议的碳过滤材料所具有的缺点。埃文斯是该团队研究论文的主要作者之一，该论文于11月2日发表在同行评议的《科学进展》杂志上。

"这项工作令人振奋的是，相对于其他高性能的二氧化碳吸附剂，ALF的性能确实很好，但它在简单性、整体稳定性和易于制备方面可以与设计者的化合物相媲美，"NIST中子研究中心（NCNR）的化学家埃文斯说。"它是由两种很容易找到和很丰富的物质组成的，因此创造足够的ALF来广泛使用应该是可能的，而且成本非常低。"

来自新加坡国立大学、新加坡科学、技术和研究机构、特拉华大学和加州大学圣巴巴拉分校的科学家也被列入研究小组。

全球大约30%的二氧化碳排放是由燃煤电厂造成的。即使世界正在接受其他能源，如不产生温室气体的太阳能和风能，找到一种方法来减少现有电厂的碳输出，可以帮助缓解它们在运行中的影响。

一个合理的方法是在烟气进入大气层之前就将其洗净。然而，事实证明创建一个有效的洗涤装置是具有挑战性的。流入燃煤电厂烟囱的混合气体通常是相当热、潮湿且具有腐蚀性--这些特点使得我们很难找到一种经济的材料来有效地完成这项工作。一些MOFs效果很好，但由昂贵的材料制成；其他MOFs本身成本较低，但只有在干燥条件下才有足够的表现，需要一个"干燥步骤"，以降低气体湿度，但提高了洗涤过程的整体成本。

"把这一切放在一起，你需要某种神奇的材料，"埃文斯说。"在这里，除了在非常潮湿的条件下的稳定性，我们已经成功地勾选了每一个盒子。然而，使用ALF将足够便宜，以至于干燥步骤成为一个可行的选择。"

ALF是由氢氧化铝和甲酸制成的，这两种化学品在市场上很丰富，而且很容易得到。埃文斯说，它的成本将低于每公斤1美元，这比具有类似性能的其他材料的成本低100倍。低成本是很重要的，因为单个工厂的碳捕获可能需要多达数万吨的过滤材料。整个世界需要的数量将是巨大的。

在微观尺度上，ALF类似于一个有无数小孔的三维铁丝笼。这些小孔大到足以让二氧化碳分子进入并被困住，但小到足以排除构成烟气大部分的稍大的氮气分子。埃文斯说，国家核研究中心的中子衍射工作向研究小组展示了材料中的单个笼子是如何收集和填充二氧化碳的，揭示了气体分子像手套中的手一样适合ALF中的某些笼子。

尽管有潜力，ALF还不能立即开始运用。工程师们将需要设计一个程序来大规模地制造ALF。燃煤电厂也需要一个兼容性测试过程，还需要在洗涤烟气之前降低烟气的湿度。埃文斯说，人们已经对如何解决这些问题有了很大的了解，而且它们不会使使用ALF的成本过高。

之后如何处理二氧化碳也是一个主要问题，尽管这是所有碳捕捉材料的一个问题。正在进行的研究工作是将其转化为甲酸--甲酸不仅是一种天然存在的有机材料，也是ALF的两种成分之一。新的想法是，ALF可以成为一个循环过程的一部分，在这个过程中，ALF从废气中去除二氧化碳，而捕获的二氧化碳被用来制造更多的甲酸。然后，这种甲酸将被用来制造更多的ALF，进一步减少材料循环的整体影响和成本。

埃文斯说："现在有大量的研究在进行，研究如何处理所有捕获的二氧化碳，我们最终有可能利用太阳能从水中分离出氢气，然后将氢气与二氧化碳结合，制造更多的甲酸。与ALF相结合，这是一个有助于地球的解决方案。"

关键词：空气污染 2019未来科学大奖新加坡国立大学