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May. 20 2019

低成本的二氧化碳捕集?向潛水裝備學習一下

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  • 圖片來源:Pixabay

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跨界學習了解一下,工廠減排不在話下。

在潛水時人們常常會使用循環呼吸器在水下保持長時間氧氣充足的狀態。時間久了,呼吸器中也不會灌滿二氧化碳,這是因為其中填充了鹼石灰,能夠瞬間與呼出的二氧化碳反應生成碳酸鈣固體,因此呼出的空氣就可以重複使用。

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研究人員從這種省時省力處理二氧化碳的方法中受到了啟發,開發了一種從工廠和發電廠煙氣中捕獲二氧化碳的新方法。這套體系的核心是一種天然有機化合物,叫做「胍」(guanidine。胍能夠迅速吸收二氧化碳,反應形成微小的碳酸氫鹽晶體。研究人員表示,這種方法比現有的最先進的碳捕集技術耗能更低。

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不久前,橡樹嶺國家實驗室(Oak Ridge National Laboratory)的研究者們展示了這個實驗過程:首先,他們製備了胍的水溶液,當含有二氧化碳的煙氣通過該溶液時,胍與二氧化碳迅速反應,生成鹽晶體沉澱,所以煙氣排出時就不再是汙染環境的廢氣了。

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光是吸收二氧化碳其實不足為奇,這套方法的過人之處在於無限次循環利用。一旦煙氣中的二氧化碳被充分捕集,研究者們就可以過濾出鹽晶體,將其置於適當容器中加熱。當晶體加熱到攝氏120度時會放出二氧化碳,並析出胍。此時的二氧化碳因為已被分離,便於收集,不會因為直接排放而汙染環境;同時,析出的胍溶解到水裡就可以重複利用。科學家們表示,按這種方法,適量的胍就可以無限次循環使用,完美解決二氧化碳亂排亂放的問題。

研究團隊計算發現,這個過程比當下使用的液體吸收劑捕集二氧化碳的能耗低24%,這是由於從液體吸附劑需要更多的熱能才能從中脫出二氧化碳,而且液體吸附劑會隨時間揮發或分解,可循環性不高。與之相對的是,橡樹嶺國家實驗室團隊發現在十次吸收循環之後,固體胍吸收劑幾乎沒有損耗。

這項成果發表在《化學》(Chem)期刊上。橡樹嶺國家實驗室領導、此項工作的化學家拉杜.卡斯特爾西(Radu Custelcean)表示:「為了遏制氣候變化,我們每年都要捕獲數十億噸二氧化碳,捕集過程的成本一直是令人頭大的問題。但是該項新技術的循環過程耗能極低,顯著降低了碳捕集過程的成本。」

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雖然這種新技術從各方面都能夠勝任,但研究者們仍然覺得有一些問題需要解決:比如吸附劑吸收的速率較慢,而且無法一次吸收太多的二氧化碳。卡斯特爾西表示,該團隊現在「正通過將胍這種吸附劑與傳統吸附劑(如氨基酸)結合起來,以求解決這個問題。」

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參考資料:

  1. Neil J. Williams et al. CO2 Capture via Crystalline Hydrogen-Bonded Bicarbonate Dimers. Chem, 2019.
  2. 文章來源:http://www.anthropocenemagazine.org/2019/02/carbon-capture-technology-mimics-scuba-gear/(本文由Storythings供稿)

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