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吸电视剧妯娌的三国时代收空气中二氧化碳的海绵

地球 2022-10-08 00:00:24

劳伦斯·伯克利国家实验室朱莉超 伯克利实验室正在进行一系列负排放技术和相关研究,以去除大气中的二氧化碳

信用:加里·惠顿/舒特斯托克 人类活动现在导致每年相当于400亿吨二氧化碳排放到大气中,使我们有望将地球温度提高1

到2040年,比工业化前水平高出5摄氏度

根据政府间气候变化专门委员会(IPCC),我们必须将全球变暖限制在1

以避免气候变化带来的最危险的影响

科学家们越来越认识到,从大气中清除和隔离二氧化碳的负排放技术将是减缓气候变化战略的一个重要组成部分

劳伦斯·伯克利国家实验室(伯克利实验室)是能源部的一个多学科研究实验室,致力于负排放技术和相关研究

从地质和陆地封存,到转化为生物产品,再到氢燃料的热反应堆

正在开发的一项有前途的蚊帐技术是使用一种叫做金属有机框架的材料进行碳捕获

杰弗里·龙是伯克利实验室材料科学部的高级科学家,也是加州大学伯克利分校化学学院的教授,多年来一直致力于研究这种独特的材料

Q

什么是MOF,它在减少CO2排放方面能发挥什么作用? 金属有机框架是一种高度多孔的固体材料,其行为类似海绵,能够吸收大量特定气体分子,如二氧化碳

它们已经存在了大约20年,在过去的十年里,随着科学家发现越来越多的实际应用,研究出现了爆炸式增长

多孔膜的独特之处在于它们具有极高的内表面积

仅仅一克多弗,相当于一个方糖,其表面积就可以比一个足球场还大

因此,如果设计得当,少量的多效燃烧可以从化石燃料燃烧产生的废气中去除大量的二氧化碳

几年前,我们意外地发现,某些多器官功能衰竭可以通过一种前所未有的类似开关的机制捕获二氧化碳

我们进一步优化了材料,以便在气体进入大气之前有效去除电厂烟道中的CO2

我们表明,从多器官功能衰竭中捕获和释放二氧化碳可以用比其他技术所需的小得多的温度变化来完成,这使它比传统的捕获二氧化碳的方法有很大的优势

(吸附的二氧化碳可用于其他产品

)这种策略消除了从电力生产中转移高价值、高温蒸汽的需要,避免了电力成本的大幅增加

在这些努力的过程中,我们还证明了多效因子的变体可以有效地从其他气体混合物中去除CO2,包括生物气、天然气,甚至直接从空气中去除

就直接空气捕捉而言,据我所知,多器官功能衰竭是最好的方法

对于BECCS的碳捕获部分(或具有碳捕获和储存的生物能源,一种新兴的负排放技术),你基本上是种植树木或作物,燃烧它们作为燃料,然后捕获和隔离CO2,我认为财政部也可以比任何其他材料更好地完成捕获部分

Q

听起来很有希望

这项技术现在是什么状态?是否正在商业化使用? 2014年成立了一家名为马赛克材料的初创公司(我对该公司有财务兴趣),致力于各种CO2分离工艺的多效催化剂的商业生产

在伯克利实验室,我们正在领导一个由国家能源技术实验室(NETL)资助的项目,在该项目中,我们与马赛克材料公司和一家名为贾译尊的加拿大工程公司合作,对燃煤电厂的烟气进行试点示范

在这种情况下,在独特的旋转床系统中使用MOF可以实现快速捕获-释放循环时间和降低能耗

最终,这种技术的广泛商业应用有望大幅降低与碳捕获相关的成本和能源,因为它必然会在全球范围内实施

在其他地方,财政部在商业上用于安全储存其他有害气体

对于二氧化碳捕获,我想说他们现在已经接近可以进行商业部署了

Q

如果是这样的话,那么需要对多器官功能衰竭做哪些进一步的研究? 我们需要大幅降低直接空气捕获的成本

现在做这个很贵

有些公司已经在这么做了——他们用风扇将空气吹过含有多孔材料的设备来建造装置——但是使用的材料不是很有效,使得装置的运行成本非常高

用这种技术去除二氧化碳的成本目前约为每吨500至1000美元

我们需要设计更高性能的材料,以帮助将成本降低到每吨100美元以下

这种高成本背后的主要问题是吸附剂再生所需的能量——也就是说,释放纯形式的CO2,这样材料就可以再次用于捕获更多的CO2

在这里,我们认为多孔质膜中的协同吸附机制可以显著降低再生所需的热量和真空

然而,另一个需要考虑的问题是吹气所需的能量

如果有百万分之410的空气流进入,困难之一是大多数物质可能会去除少量的二氧化碳,并将二氧化碳浓度降低到百万分之300,捕获25%的二氧化碳

这就是所谓的捕获率

然后为了捕捉更多,你必须让更多的空气流过材料来填满它

但是如果捕获率达到90%,你可以一次将二氧化碳浓度降低到百万分之四十

这意味着你排出的二氧化碳要少得多,从而节约了能源

我们的研究目标之一是开发具有高容量、高捕获率、快速CO2吸附动力学和低再生温度的材料,同时限制水的共吸附,以便在不需要的情况下不会在解吸过程中浪费能量

动力学意味着二氧化碳被物质吸收的速度有多快

我认为有一种方法可以将空气中的二氧化碳排放量降到每吨100美元以下

要做到这一点,仍然需要大量的研究

我们真的需要重新思考一些材料的设计方法,并理解如何操纵像δ-S(熵)这样的东西来吸附CO2,这样释放CO2就需要更少的热量

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