这种简单的材料可以清除发电厂烟囱中的二氧化碳

我们如何才能在化石燃料发电厂的废气进入大气层之前将二氧化碳(一种温室气体)去除?新发现表明，一个有希望的答案在于美国国家标准与技术研究院(NIST)分析的一种简单、经济且可能可重复使用的材料，来自多个机构的科学家已经确定了这种材料为何如此有效的原因。

该团队的研究对象是甲酸铝，它是一类称为金属有机骨架(MOF)的物质之一。作为一个整体，MOF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MOF在精炼天然气或分离汽油的辛烷值方面显示出了希望。其他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物质.它们进行这种分离的能力来自于它们固有的多孔性。

科学家将甲酸铝称为ALF，它具有将二氧化碳(CO2)与其他通常从燃煤电厂烟囱中飞出的气体分离的能力。NIST的海登·埃文斯(HaydenEvans)是该团队研究论文的主要作者之一，该论文今天发表在同行评审期刊《科学进展》上，它还缺乏其他提议的碳过滤材料所具有的缺点。

NIST中子中心的化学家Evans说：“使这项工作令人兴奋的是，ALF相对于其他高性能CO2吸附剂的性能非常好，但它在简单性、整体稳定性和易于制备方面与设计化合物相媲美。”研究(NCNR)。“它由两种容易且丰富的物质组成，因此应该可以以非常低的成本制造出足够广泛使用的ALF。”

研究团队包括来自新加坡国立大学的科学家;新加坡科学、技术和研究局;特拉华大学;和加州大学圣巴巴拉分校。

燃煤电厂约占全球CO2排放量的30%。即使世界拥抱其他不产生温室气体的能源，例如太阳能和风能，找到一种方法来减少现有工厂的碳排放量也可以帮助减轻它们在运行期间的影响。

首先在烟气到达大气之前将其从烟气中洗涤是一种合乎逻辑的方法，但事实证明，创建有效的洗涤器具有挑战性。沿着燃煤发电厂的烟囱向上流动的气体混合物通常相当热、潮湿且具有腐蚀性——这些特性使得很难找到一种能够有效完成这项工作的经济材料。其他一些MOF工作良好，但由昂贵的材料制成;其他的成本更低，但仅在干燥条件下才能充分发挥作用，需要一个“干燥步骤”来降低气体湿度，但会增加洗涤过程的总成本。

“把它们放在一起，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之外，我们已经成功地勾选了每个框。但是，使用ALF将足够便宜，以至于干燥步骤成为一种可行的选择。”

ALF由氢氧化铝和甲酸制成，这两种化学物质在市场上很丰富并且很容易买到。埃文斯说，每公斤的成本不到1美元，比其他具有类似性能的材料便宜100倍。低成本很重要，因为单个工厂的碳捕获可能需要多达数万吨的过滤材料。整个世界所需的数量将是巨大的。

在微观尺度上，ALF类似于一个带有无数小孔的三维金属丝笼。这些孔大到足以让CO2分子进入并被捕获，但又小到足以排除构成大部分烟道气的稍大的氮分子。埃文斯说，NCNR的中子衍射工作向团队展示了材料中的各个笼子如何收集和填充CO2，​​揭示了气体分子像手套中的手一样适合ALF内的某些笼子。

尽管有潜力，但ALF还没有准备好立即使用。工程师需要设计一个程序来大规模创建ALF。燃煤电厂还需要一个兼容的工艺来降低烟气的湿度，然后再对其进行洗涤。Evans说，对于如何解决这些问题已经有了很多了解，而且他们不会让使用ALF的成本过高。

他说，之后如何处理CO2也是一个主要问题，尽管这是所有碳捕获材料的问题。正在进行研究以将其转化为甲酸——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。这里的想法是ALF可以成为循环过程的一部分，其中ALF从废气流中去除CO2，​​并且捕获的CO2用于产生更多的甲酸。这种甲酸随后将用于制造更多的ALF，从而进一步降低材料循环的整体影响和成本。

“现在有大量关于如何处理所有捕获的CO2问题的研究，”埃文斯说。“看来我们最终可以利用太阳能从水中分离出氢气，然后将氢气与CO2结合以制造更多的甲酸。结合ALF，这是一种有助于地球的解决方案。”