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基于碳酸氢盐-水簇结晶的碳捕获:控制全球变暖的一种有前景的方法

环境基于碳酸氢盐-水簇结晶的碳捕获:控制全球变暖的一种有前景的方法

已设计出一种新的碳捕获方法来捕获化石燃料排放中的二氧化碳

温室气体排放是导致气候变化的最大因素。 关键温室气体的排放是大规模工业化和人类活动的结果。 这些温室气体排放中的大部分是 二氧化碳 (CO2) 来自燃烧化石燃料。 自工业化时代开始以来,大气中二氧化碳的总浓度增加了 2% 以上。 温室气体排放的这种稳步增长正在使地球变暖,所谓的“全球变暖' 因为计算机模拟表明,排放是导致地球平均表面温度随时间增加的原因,这表明由于降雨模式、风暴严重程度、海平面等的变化而导致“气候变化”。因此,开发合适的“捕获或捕获”方法排放中的二氧化碳是应对气候变化的一个关键方面。 捕获技术已经存在了几十年,但最近由于环境问题而受到更多关注。

一种新的碳捕获方法

碳捕获的标准程序包括从气态混合物中捕获和分离 CO2,然后将其运输到储存库,并将其储存在远离大气层的地方,通常是在地下。 这个过程是高度能源密集型的,涉及几个技术问题、风险和限制,例如,储存地点泄漏的可能性很高。 一项新研究发表在 化学 描述了一种有前景的碳捕获替代方案。 美国能源部的科学家开发了一种独特的方法来去除燃煤发电厂中的二氧化碳,与目前行业中部署的基准相比,该过程所需的能源减少了 2%。

研究人员致力于研究称为双亚氨基胍 (BIG) 的天然有机化合物,如先前研究中所见,该化合物具有与带负电荷的阴离子结合的能力。 他们认为 BIG 的这种特殊性质也应该适用于碳酸氢根阴离子。 因此,BIG 可以起到吸附剂(一种收集其他分子的物质)的作用,并将 CO2 转化为固体石灰石(碳酸钙)。 碱石灰是一种氢氧化钙和氢氧化钠的混合物,潜水员、潜水艇和其他封闭的呼吸环境使用它来过滤呼出的空气并防止任何危险的二氧化碳积聚。 然后空气可以循环多次。 例如,水肺潜水员的循环呼吸器使他们能够长时间呆在水下,否则这是不可能的。

一种需要更少能量的独特方法

基于这种理解,他们开发了一种使用 BIG 水溶液的 CO2 分离循环。 在这种特殊的碳捕获方法中,他们将烟气通过溶液,使 CO2 分子与 BIG 吸附剂结合,这种结合会使它们结晶成固体类型的有机石灰石。 当这些固体被加热到 120 摄氏度时,会释放出结合的二氧化碳,然后可以将其储存起来。 由于与现有的碳捕获方法相比,该过程在相对较低的温度下进行,因此该过程所需的能量减少了。 并且,固体吸附剂可以再次溶解在水中并回收再利用。

当前的碳捕获技术存在许多长期存在的问题,例如存储问题、能源成本高等。主要问题是使用液体吸附剂,这些吸附剂会随着时间的推移蒸发或分解,并且还需要至少 60% 的总能量来加热它们,这是非常高的。 当前研究中的固体吸附剂克服了能量限制,因为 CO2 是从结晶的固体碳酸氢盐中捕获的,所需的能量减少了约 24%。 即使在连续 10 个循环之后也没有吸附剂损失。 这种较低的能源需求可以降低碳捕获的成本,当我们考虑数十亿吨二氧化碳时,这种方法可以通过充分捕获使温室气体排放为零,从而产生非常大的影响。

这项研究的一个限制是相对较低的 CO2 容量和吸收率,这是由于 BIG 吸附剂在水中的溶解度有限。 研究人员正在考虑将氨基酸等传统溶剂与这些 BIG 吸附剂相结合,以解决这一限制。 目前的实验是小规模的,其中 99% 的二氧化碳从废气中去除。 该过程需要进一步优化,以便可以扩大规模,每天从任何不同类型的排放中捕获至少一吨二氧化碳。 该方法在处理排放中的污染方面必须是稳健的。碳捕获技术的最终目标是使用经济实惠且节能的方法直接从大气中捕获 CO2。

***

{您可以通过单击下面引用来源列表中给出的 DOI 链接来阅读原始研究论文}

来源(S)

威廉姆斯 N 等。 2019. 通过结晶氢键合碳酸氢盐二聚体捕获二氧化碳。 化学.
https://doi.org/10.1016/j.chempr.2018.12.025

赛欧团队
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