更便宜、更有效的碳捕获方法

科罗拉多大学博尔德分校的研究人员开发了一种新工具，可以带来更高效、更便宜的技术，用于从大气中捕获吸热气体并将其转化为有益物质，如燃料或建筑材料。这种碳捕获技术可能需要大规模使用，以便将本世纪的全球警告限制在比工业化前温度高 2.7 华氏度(1.5 摄氏度)并抵御全球气候变化的灾难性影响。

科学家们在本月发表在iSCIENCE杂志上的一篇论文中描述了他们的技术。

该方法预测二氧化碳与捕获它的分子(称为粘合剂)之间的结合有多强。这种电化学诊断可以很容易地应用于任何化学上倾向于与二氧化碳结合的分子，从而使研究人员能够确定合适的分子候选者，用于从日常空气中捕获二氧化碳。

新研究的合著者奥娜·卢卡 (Oana Luca) 说：“如果你愿意的话，圣杯是努力使用能够从 [我们周围] 空气中吸收二氧化碳的粘合剂，而不仅仅是浓缩来源。”和化学助理教授。“确定粘合剂的强度使我们能够确定结合是强还是弱，并确定未来研究从稀释来源直接碳捕获的候选者。”

碳捕获和储存技术的目标是从大气中去除二氧化碳并将其安全储存数百或数千年。但是，虽然它自 1970 年代以来一直在美国使用，但目前它每年仅捕获和储存全球碳排放量的 0.1%。为了帮助实现 IPCC 制定的碳排放目标，到 2050 年，碳捕获和储存的规模必须迅速增加。

目前世界各地的工业设施都依赖于从集中的来源捕获二氧化碳，例如发电厂的排放物。虽然这些方法可以使用大量的某些化学粘合剂快速有效地结合大量二氧化碳，但它们也非常耗能。

根据卢卡的说法，这种方法在大规模吸收二氧化碳并将其转化为其他有用的东西方面也非常昂贵，例如碳酸盐，水泥中的一种成分，或者甲醛或甲醇，可以用作燃料。可再生和可持续能源研究所(RASEI)。

相反，使用电化学方法，例如在新的 CU Boulder 领导的研究中详述的方法，将使碳捕获设施免于与集中资源的联系，使其几乎可以存在于任何地方。

能够轻松估计化学键的强度还使研究人员能够筛选最适合的粘合剂 - 并提供比传统方法更便宜的替代方法 - 用于捕获碳并将其转化为材料或燃料。该研究的主要作者和化学研究生。

创建化学键

化学科学基于几个基本事实：第一，分子是由原子组成的，第二，它们是由电子绕行的。当原子与其他原子结合时，它们会形成分子。当原子与其他原子共享电子时，它们会形成所谓的共价键。

使用电，研究人员可以通过使用电极将电子传递给分子来激活这些键。当他们对咪唑鎓分子这样做时，就像他们在这项研究中所做的那样，一个氢原子被移除，在碳原子中产生一个间隙，以便另一个分子想要与其结合 - 例如二氧化碳。

然而，二氧化碳 (CO2) 是一种通常不喜欢产生新键的分子。

“它通常没有反应，为了与之反应，你还必须弯曲它，”卢卡说。“所以我们处于一个以前从未真正探索过的化学空间中，用于捕获CO2。 ”

研究人员的方法检查了整个卡宾家族(一种特定类型的分子，包含一个中性碳原子)，它们可以电化学生成，在结合 CO2方面的性能如何。

“仅仅通过观察非常简单的分子——我们可以制造的分子，我们可以修改的分子——我们可以获得电化学碳捕获的能量图。现在这是一个小的飞跃，但可能是一个很大的飞跃线，”卢卡说。

本材料基于美国国家科学基金会研究生研究奖学金资助的工作，资助号为 DGE 2040434。