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美研發材料分析模型,未來碳捕捉每噸成本有望低於 50 美元
2019-01-11   |  作者:TechNews  |  174瀏覽人次

為實現環境永續,科學家致力開發再生能源或碳捕捉技術,希望可藉此減少全球碳排放與大氣二氧化碳濃度,而近期美國匹茲堡大學則成功在碳捕捉技術有所突破,已研發出碳捕捉材料辨識與分析模型,有望加速設備研究進展,未來碳捕捉成本更有望降至每噸 50 美元以下。

碳捕捉技術就是收集燃煤、天然氣發電廠或煉油廠、水泥廠等排放出來的二氧化碳,不讓這些二氧化碳進入大氣層與海洋,之後人們則可將二氧化碳封存至地底深處或是讓二氧化碳搖身一變成可用產品,因此碳捕捉技術不僅可降低全球碳濃度,還有機會成為熱門新興產業。

而碳捕捉關鍵材料為混合基質薄膜,其由聚合物與無機粒子組成,主要功能為分離氣體,只不過這種薄膜不易製造,聚合物與無機材料的特性差異會改變材料結合性,進而影響氣體分離性能,再加上聚合物跟無機粒子的材料選項相當多,如何找到最佳配方一直以來都是科學家的重要課題。

對此美國匹茲堡大學 Swanson 工程學院團隊決定縮短材料搜尋時間,想要以金屬有機框架(metal-organic framework,MOF)結構來打造新型混合基材薄膜。其中 MOF 是由無機金屬與有機配位體自組裝形成的架構,具有多孔性質與高比表面積,可以吸收大量的氣體,不同的組成單元及官能基更會有不同的物理或化學性質,因此 MOF 除了用在碳捕捉技術,也能應用在電池電極或是催化劑,可說是多孔材料界的明日之星。

該團隊已透過研究現有與理論的 MOF 製造方法,打造出混合基材薄膜資料庫,內含100 萬種混合基材薄膜資料,以及相對應的碳捕捉性能與成本。美國匹茲堡大學 Swanson 工程學院化學與石油工程助理教授 Christopher Wilmer 表示,團隊也透過技術經濟分析模擬出 1,153 種混合基材薄膜數據,這些薄膜的碳捕捉成本都已低於每噸 50 美元,未來有望成功打造出既便宜又高效的碳捕捉設備,緩解日益增加的二氧化碳量。

人們排放出來的二氧化碳 57% 會進入大氣層,其餘的則沉入海中造成海洋酸化,而國際能源總署在 2018 年公布一項壞消息,表示全球能源部門碳排放量在2017年達到新紀錄後,2018年又持續上升。

因此為了降低大氣層二氧化碳濃度與愛護海洋,不少科學家都已投入碳捕捉研究。2018 年美國匹茲堡大學 Swanson 工程學院另一團隊也成功研發出碳捕捉與轉化技術,該團隊運用 MOF 奈米材料來吸收大氣層中的二氧化碳,並把二氧化碳與氫原子相結合,轉化成化學品與燃料。假如這些科學家研究有成、順利將實驗結果商業化,或許可減緩全球溫度暖化的速度。

(合作媒體:科技新報。首圖為以 MOF 當作架構的混合基質薄膜,來源:美國匹茲堡大學

 
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