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【天富娱乐登陆官方】NETs正在开发使用称为MOF材料 进行碳捕集

人类的活动现在导致每年向大气排放相当于400亿吨的二氧化碳,这使我们有望在2040年之前将地球的温度比工业化前的水平提高1.5摄氏度。政府间气候变化专门委员会(IPCC)表示,我们必须将全球变暖限制在1.5摄氏度,以避免气候变化带来最危险的影响。

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越来越多的科学家认识到,用于消除和隔离大气中二氧化碳的负排放技术(NET)将是缓解气候变化战略中的重要组成部分。劳伦斯·伯克利国家实验室(Berkeley Lab)是能源学的多学科研究实验室,正在寻求一系列负排放技术和相关研究。这些范围从地质和陆地隔离,到转化为生物产品,再到用于氢燃料的热反应器。

NETs正在开发的一种有前途的技术是使用称为MOF或金属有机框架的材料进行碳捕集。伯克利实验室材料科学系的资深科学家,加州大学伯克利分校化学学院的教授Jeffrey Long多年来一直在研究这种独特的材料。

什么是MOF,它在减少CO2排放中可以发挥什么作用?

MOF或金属有机框架是一种高度多孔的固体材料,其行为类似于海绵,能够吸收大量特定的气体分子,例如二氧化碳。它们已经存在约20年了,并且在过去的十年中,随着科学家发现越来越多的实际应用,研究领域出现了爆炸式增长。MOF的独特之处在于它们具有极高的内部表面积。仅一克的MOF(相当于一立方糖)的表面积就可以大于足球场。因此,如果设计合理,少量的MOF就能从化石燃料燃烧产生的废气中去除大量的CO 2。

几年前,我们偶然发现了某些MOF可以通过前所未有的类似开关的机制捕获二氧化碳。我们进一步优化了材料,以在气体进入大气之前从电厂烟道中有效去除CO2。我们证明,与其他技术相比,使用较小的温度变化就可以完成从MOF捕获和释放二氧化碳的工作,与传统的捕获CO 2的方法相比,它具有很大的优势(然后,吸附的CO2可用于其他方法产品。)

这种策略消除了将高价值,高温蒸汽从发电中转移出去的需要,避免了电力成本的大幅增加。在这些努力的过程中,我们还表明,MOF的变体可以有效去除包括沼气,天然气甚至直接从空气中的其他气体混合物中的CO2。

对于直接的空气捕获,MOF是我们所看到的最好的方法。对于BECCS的碳捕集部分(或具有碳捕集和封存的生物能源,一种新兴的负排放技术),在这里您实质上是在种植树木或农作物,将其燃烧以获取燃料,然后捕集并封存CO2,我认为MOF可以捕获部分也比其他任何材料都好。

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现在这项技术的现状如何?它在商业上使用吗?

2014年成立了一家名为Mosaic Materials的初创公司(我在其中拥有财务利益),致力于将MOF用于各种CO 2分离工艺的商业化生产。在伯克利实验室,我们正在领导一个由国家能源技术实验室(NETL)资助的项目,在该项目中,我们正在与Mosaic Materials和一家名为Svante的加拿大工程公司合作,对燃煤电厂烟气进行试点示范。

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在此,在独特的旋转床系统中使用MOF可以实现快速的捕获释放周期时间并降低能耗。最终,可以预见,由于这种技术必须在全球范围内实施,因此这种技术的广泛商业部署可导致与碳捕集相关的成本和能源的大幅降低。

在其他地方,MOF在商业上用于安全存储其他有害气体。对于CO 2捕集,我想说它们现在已经准备好进行商业部署。

如果是这样,那么需要对MOF进行哪些进一步的研究?

我们需要大大降低直接空捕的成本。现在这样做非常昂贵。已经有公司在这样做–他们用鼓风机通过装有多孔材料的设备吹送空气来制造设备–但是使用的材料不是很有效,这使得设备的运行成本非常高。用这种技术去除CO 2的成本目前约为每吨500至1,000美元。我们需要设计性能更高的材料,以帮助将成本降低到每吨100美元以下。

这种高成本背后的主要问题是再生吸附剂所需的能量,即释放纯净形式的CO 2所需的能量,因此该材料可再次用于捕获更多的CO2。在这里,我们认为MOF中可利用的协同吸附机制可以显着降低再生所需的热量和真空度。

但是,另一个考虑因素是吹气所需的能量。如果你有空气在未来的一个流的410每百万CO部分2,困难之一是,大部分材料可能会移除的一个小数额,降低CO2浓度,比方说,300 ppm时,捕捉的25% CO2。这就是所谓的捕获率。然后要捕获更多空气,您必须使更多的空气基本上流过该材料以填充它。

但是,如果捕获率达到90%,则一次通过就可以将CO2浓度降至百万分之40。这意味着您要吹走的空气少得多,以除去CO2并因此节省了能源。

我们的研究目标之一是开发具有高容量,高捕获率,快速的CO2吸附动力学和较低的再生温度的材料,同时还限制了水的共吸附,从而您不会浪费能源如果不需要,可以解吸。动力学意味着材料吸收CO2的速度。

我认为有一种方法可以使空气中的每吨CO2降至100美元以下。要达到这个目标,仍然需要进行大量研究。我们需要真正地重新思考材料的某些设计方式,并了解如何操纵诸如delta-S(熵)之类的事物来吸收CO2,以便释放CO2所需的热量更少。

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