改变游戏规则的材料解锁低成本碳捕获
苏黎世 - 科学家们推出了一种革命性的新型碳材料，有望大幅降低碳捕获技术的成本和能源需求，而碳捕获技术是全球应对气候变化的关键组成部分。该突破性成果于本月早些时候（即 2023 年 10 月 24 日）发表在著名期刊《先进材料》上，其核心是一种新型掺氮石墨碳 (NDGC) 材料，该材料旨在实现无与伦比的二氧化碳吸附和释放效率。
在苏黎世大学全球碳计划材料化学家 Anya Sharma 博士的领导下，研究团队精心设计了多孔碳内氮原子的排列结构。这种精确调节使该材料能够以显着的功效选择性地捕获二氧化碳，并且最重要的是，释放二氧化碳所用的能量比现有技术少得多。对工业脱碳的影响是深远的，有可能改变气候行动的经济学。
氮优势：精密工程提高效率
核心创新在于 NDGC 材料中氮原子的特定配置。 “我们发现，通过策略性地将氮原子放置在碳晶格内的某些位置，我们可以创建对二氧化碳具有高度选择性的分子陷阱，”夏尔马博士解释道。 “但真正的游戏规则改变者是二氧化碳在特定条件下的结合有多弱，从而释放出令人难以置信的低能量。”
传统的碳捕获方法通常依赖于胺基溶剂，需要高温（通常在 120°C 至 180°C 之间）来剥离捕获的二氧化碳以进行存储或再利用。这种能源密集型再生过程是主要的成本驱动因素，也是广泛采用的重大障碍。然而，苏黎世团队的 NDGC 材料在非常低的温度下工作。 “我们的 NDGC 材料的一个特定变体可以在低于 60°C 的温度下有效捕获和释放二氧化碳，”该研究的资深作者、全球碳倡议主任 Kenji Tanaka 教授表示。 “这意味着它可以利用工业过程中的废热甚至太阳能热能进行再生，从而可能将碳捕获的能源损失减少多达 75%。”
克服当前气候技术的障碍
与能源消耗相关的高运营成本长期以来一直是碳捕获、利用和储存 (CCUS) 技术的致命弱点。尽管政府间气候变化专门委员会 (IPCC) 报告和《巴黎协定》目标强调了紧迫性，但大型 CCUS 项目的经济可行性仍然是一个重大障碍。
这种新的 NDGC 材料直接解决了这一挑战。通过大幅减少二氧化碳释放所需的能量，研究人员预计，与目前领先的吸附剂相比，碳捕获的运营成本可削减 50-60%。他们的出版物中详细介绍的实验室测试表明，NDGC 材料可以从模拟工业烟气中捕获高达 92% 的二氧化碳，证明了其效率和实际应用的潜力。 “这不仅仅是渐进式的改进；这是我们处理碳捕获能源经济学方式的根本性转变，”夏尔马博士补充道。 “它使以前不经济的项目突然变得可行，为水泥、钢铁和发电等行业脱碳开辟了新途径。”
从实验室到大规模：前方之路
虽然实验室结果非常有希望，但从发现到工业实施的过程涉及重大步骤。研究团队目前专注于扩大 NDGC 材料的生产规模并优化其性能，以便在充满挑战的工业环境中持续、长期运行。初步估计表明，展示该技术的试点项目可能会在未来两到三年内真正开始，并可能在五到七年内得到更广泛的工业采用。
潜在影响不仅仅限于节省成本。通过利用废热，该技术可以进一步减少工业设施的总体碳足迹，从而促进循环经济。在全球领导人努力应对将全球变暖限制在工业化前水平以上 1.5°C 的巨大挑战之际，NDGC 材料等创新产品提供了强大的新工具。苏黎世大学团队的下一代气候技术蓝图很可能成为加速在全球范围内部署经济实惠且有效的碳捕获解决方案所需的催化剂。
