美科学家研发新型“人工树叶”系统 碳捕获率提高100倍
本文转自:财联社
财联社(上海 , 编辑 黄君芝)讯 , 重现植物将阳光、水和二氧化碳转化为能量的自然光合作用过程 , 是科学界长期追求的目标 。这些系统通常被称为“人工树叶” , 可以在对抗气候变化中发挥关键作用 。美国一个研究团队刚刚取得了阶段性成果 , 其解决方案捕获二氧化碳的速度是当前技术的100倍 。
多年来 , 科学家们已经研究了相当多的“人工树叶”系统 , 它们利用阳光将水转化为液体燃料和电力 。一个有趣的例子是由伊利诺伊大学芝加哥分校(UIC)的工程师在2019年设计的系统 。它有一个独特的设计 , 据称适合在现实世界中使用 , 而不像其他实验室解决方案只能利用来自加压罐的二氧化碳 。
据悉 , 该解决方案包括一个标准的人工光合作用装置 , 它被包裹在一个充满水的透明胶囊中 , 并有一个半渗透的外层 。当阳光照射到该装置时 , 水通过外层的孔隙蒸发 , 二氧化碳被吸入以取代它 , 里面的装置将其变成一氧化碳 。这种一氧化碳反过来又可以被捕获并用于制造合成燃料 。
通过一些关键的设计调整 , 科学家们现在把它的性能提高到新的高度 。该团队使用廉价的材料集成了一个带电膜 , 该膜充具有干湿两面 。在干的一侧 , 一种有机溶剂附着在捕获的二氧化碳上 , 并将其转化为浓缩的碳酸氢盐 , 在膜上堆积 。
而在湿的一面 , 有一个带正电的电极 , 然后把碳酸氢盐拉过薄膜 , 进入水溶液中 , 在那里 , 碳酸氢盐又被转化成二氧化碳 , 用于制造燃料或其他用途 。改变电荷可以加快或减缓碳捕捉的速度 , 科学家发现 , 在最佳状态下 , 每4平方厘米的材料每小时可以捕捉3.3毫摩尔的碳 。
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这种“捕获率”被描述为非常高 , 比现有系统好100多倍 。重要的是 , 为这种反应提供的动力只需要微不足道的能量 , 每小时0.4千焦耳 , 比运行一个一瓦的LED灯泡所需的能量还要少 。同样令人印象深刻的是 , 该团队表示 , 该系统可以以每吨145美元的价格捕获二氧化碳 , 这符合; 能源部的指导方针 , 即这些技术的成本应在每吨200美元或以下 。
【美科学家研发新型“人工树叶”系统 碳捕获率提高100倍】“我们的人工叶子系统可以部署在实验室之外 , 它有潜力在减少大气中的温室气体方面发挥重要作用 , 这得益于它的高碳捕获率、相对较低的成本和中等的能源消耗 , 即使与最好的基于实验室的系统相比 , ”UIC工程学院化学工程助理教授、这篇论文的通讯作者Meenesh Singh说 。
据了解 , 该设备小到可以装在背包里 , 而且是模块化的 , 这意味着多个单元有可能被堆叠在一起 , 以建立适合不同环境的设备 。这项研究成果已于近期发表在了《能源与环境科学》杂志上 。
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Singh说 , “特别令人兴奋的是 , 这种电渗析驱动的人工树叶的实际应用 , 具有高通量、表面积小、模块化的特性 。这意味着它有可能是可堆叠的 , 模块可以增加或减少 , 以更完美地满足需要 , 在家庭和教室等多个场景中的成本可以负担得起 , 而不仅仅限于工业化场景 。”
“一个家用加湿器大小的小模块每天可以去除大于1公斤(2.2磅)的二氧化碳 , 而四个工业电渗析堆栈每小时可以捕获大于300公斤(300磅)的二氧化碳 。”他补充说 。
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