通电木炭“海绵”可直接从空气中吸收二氧化碳

通电木炭“海绵”可直接从空气中吸收二氧化碳

 

研究人员已经开发出一种低成本、节能的方法来制造可以直接从空气中捕获二氧化碳的材料。

剑桥大学的研究人员采用类似于给电池充电的方法，对家用滤水器中常用的活性炭进行充电。

_{研究人员发现，通过向木炭“海绵”中注入与二氧化碳}形成可逆键的离子，带电材料可以成功直接从空气中捕获_{二氧化碳。}

带电的木炭海绵也可能比目前的碳捕获方法更节能，因为它需要更低的温度来去除捕获的二氧化碳，_以便将其储存起来。研究结果发表在《自然》杂志上。

“捕获大气中的碳排放是最后手段，但考虑到气候紧急情况的规模，我们需要研究这一点，”领导这项研究的尤素夫·哈米德化学系的亚历山大·福斯博士说。“我们要做的第一件也是最紧迫的事情是减少全球碳排放，但温室气体去除也被认为是实现净零排放和限制气候变化最坏影响的必要条件。现实地说，我们必须尽一切努力。”

直接空气捕获是使用类似海绵的材料从大气中去除二氧化碳的一种潜在碳捕获方法，但目前的方法成本高昂、需要高温和使用天然气，而且缺乏稳定性。

“利用多孔材料从大气中捕获碳，已经取得了一些有希望的研究成果，”福斯说。“我们想看看活性炭是否是一种选择，因为它便宜、稳定，而且可以大规模生产。”

活性炭用于许多净化应用，例如水过滤器，但通常它不能捕获和保存空气中的二氧化碳_。Forse和他的同事提出，如果活性炭可以像电池一样充电，它就可以成为一种适合碳捕获的材料。

给电池充电时，带电离子被插入电池的一个电极中。研究人员假设，用氢氧化物给活性炭充电将使其适合碳捕获，因为氢氧化物与二氧化碳形成可逆_键。

该团队使用类似电池的充电过程，用氢氧离子给廉价的活性炭布充电。在这个过程中，活性炭布基本上就像电池中的电极，氢氧离子会积聚在活性炭的微小孔隙中。充电过程结束时，活性炭会从“电池”中取出，清洗并干燥。

对带电炭海绵的测试表明，得益于氢氧化物的键合机制，它可以成功直接从空气中捕获_{二氧化碳。}

“这是一种制造材料的新方法，采用类似电池的工艺，”福斯说。“而且二氧化碳捕获率_已经与现有材料相当。但更有希望的是，这种方法的能源消耗可能要少得多，因为我们不需要高温来收集二氧化碳_和再生木炭海绵。”

为了从木炭中收集二氧化碳_{，以便对其进行净化和储存，需要对材料进行加热以逆转氢氧化物-二氧化碳}键。在目前用于从空气中捕获二氧化碳的大多数材料中_，材料需要加热到高达 900°C 的温度，通常使用天然气。然而，剑桥团队开发的带电木炭海绵只需要加热到 90-100°C，这个温度可以通过使用可再生电力来实现。这些材料通过电阻加热进行加热，本质上是从内到外加热，使该过程更快，能耗更低。

然而，这些材料确实存在局限性，研究人员目前正在努力解决这一问题。“我们现在正在努力增加可以捕获的二氧化碳的数量，特别是在潮湿的条件下，我们的性能会下降，”福斯说。

研究人员表示，他们的方法还可用于碳捕获以外的其他领域，因为木炭中的孔隙和插入其中的离子可以进行微调，以捕获一系列分子。

Forse 表示：“这种方法是我们在新冠疫情封锁期间想出的一个疯狂想法，所以当这些想法真正发挥作用时，我们总是很兴奋。这种方法为以简单且节能的方式制造用于不同应用的各种材料打开了一扇大门。”

该项研究已提交专利，并在剑桥企业（该大学商业化部门）的支持下进行商业化。

该项研究得到了利华休姆信托基金、英国皇家学会、英国工程与物理科学研究委员会 (EPSRC)、英国研究与创新署 (UKRI) 的一部分以及剑桥气候修复中心的部分支持。