佐治亞理工學院利用冷凍空氣和日常材料，破解碳捕獲成本難題。

科學家們剛剛找到了一種更“酷”的方法來應對氣候變化 —— 字面意義上的酷。

佐治亞理工學院的一個研究團隊開發出新技術，利用極冷的空氣和廣泛可用的多孔吸附材料，更高效、更低成本地捕獲二氧化碳（CO?）。

他們的方法利用了液化天然氣（LNG）中的冷能 —— 這些冷能在工業過程中通常被浪費 —— 來增強一種名為物理吸附劑的多孔材料的碳捕獲能力。

“這是激動人心的一步，”佐治亞理工學院化學與生物分子工程學院的瑞安·萊夫利（Ryan Lively）教授說。“我們證明，可以利用現有基礎設施和安全、低成本的材料，以低廉的成本捕獲碳。”

酷點子，救地球

傳統的直接空氣捕獲（DAC）系統依賴基于胺類材料的化學反應，但這些系統成本高昂、能耗巨大，并且容易隨時間推移而性能下降。

相比之下，物理吸附劑通過物理作用吸收氣體，無需化學鍵合，具有吸附更快、壽命更長和能耗更低的優點 —— 但它們在溫暖潮濕的空氣中通常表現不佳。

為了將環境空氣冷卻到接近低溫的水平，該團隊重新利用了液化天然氣再氣化過程中的極端低溫（將液化天然氣重新轉化為氣體的過程）。

這種冷卻過程自然地去除了空氣中的水蒸氣，為物理吸附劑創造了理想的工作環境，無需額外耗能的干燥步驟。

研究表明，像沸石13X和CALF-20這樣的材料在接近零下78攝氏度的溫度下表現尤為出色，捕獲的CO?量大約是室溫下傳統材料的三倍。

它們還能以較低的能耗釋放捕獲并純化后的CO?，這使得它們在實際應用中極具吸引力。

沸石13X是一種用于水處理的廉價且耐用的干燥劑材料，而CALF-20是一種金屬有機框架材料（MOF），以其穩定性和從煙氣中捕獲CO?的性能而聞名，但此前尚未用于空氣捕獲。

“除了高CO?吸附容量，這兩種物理吸附劑都展現出脫附焓低、成本效益高、可擴展性強和長期穩定性等關鍵特性，所有這些對于實際應用都至關重要，”該研究的主要作者、萊夫利實驗室的博士后研究員Seo-Yul Kim（金敘裕）說。

變冷空氣為潔凈空氣

經濟模型表明，這種方法可以將DAC成本降至每噸70美元，不到當前成本的三分之一。這可能徹底改變大規模碳去除的經濟性。

通過利用現有的液化天然氣基礎設施，這種方法還可以將DAC的部署范圍從干燥、寒冷的地區擴展到全球溫帶和沿海地區。

“液化天然氣再氣化系統目前是一個未開發的冷能來源，其終端在世界各地的沿海地區大規模運行，”萊夫利說。“即使只利用其中一部分冷能，到2050年，我們每年也有可能捕獲超過1億公噸的CO?。”

隨著實現凈零排放的競賽日益激烈，耦合液化天然氣的近低溫DAC提供了一種引人注目且可擴展的解決方案。研究團隊的下一步包括改進材料和優化系統設計，以確保在工業規模下的長期性能。

該研究還揭示，近低溫環境極大地擴展了適用于DAC的材料范圍，遠遠超出了在環境條件下有限的選項。

“許多以前被認為不適合用于DAC的物理吸附劑，一旦溫度降低，突然就變得可行了，”該研究的合著者、佐治亞理工學院ChBE教授馬修·雷亞夫（Matthew Realff）說。

“這為碳捕獲材料開辟了一個全新的設計空間。”

該研究已發表在《能源與環境科學》期刊上。

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