文章來源于：mining.com，原文鏈接：Aluminum-based material can scrub CO2 from coal-fired power plants’ exhaust

 

Aerated aluminum. (Reference image by Mr Thinktank, Flickr.)

一個國際研究小組提出了使用甲酸鋁（一種金屬有機框架（MOF））的想法，在溫室氣體到達大氣之前從燃煤電廠的廢氣中去除二氧化碳。

在《科學進展》雜志上發表的一篇論文中，該研究小組解釋說，MOFs在過濾和分離有機材料（通常是化石燃料中的各種碳氫化合物）方面表現出巨大的潛力。一些財政部在精煉天然氣或分離汽油辛烷成分方面顯示出前景;其他可能有助于降低塑料制造成本或廉價地將一種物質轉化為另一種物質。它們進行這種分離的能力來自其固有的多孔性。

其中，甲酸鋁 - 科學家稱之為ALF - 已被證明可以有效地將二氧化碳與通常從燃煤發電廠煙囪中飛出的其他氣體分離出來。它也缺乏其他提出的碳過濾材料所具有的缺點。

作為一個群體，MOF在過濾和分離有機材料（通常是化石燃料中的各種碳氫化合物）方面表現出巨大的潛力。一些財政部在精煉天然氣或分離汽油辛烷成分方面顯示出前景;其他可能有助于降低塑料制造成本或廉價地將一種物質轉化為另一種物質。它們進行這種分離的能力來自其固有的多孔性。

燃煤發電廠的廢氣（左）含有大量二氧化碳（紫色三方分子）。右側突出顯示的甲酸鋁可以選擇性地從干燥的煙氣中捕獲二氧化碳。（圖片由B. Hayes/NIST提供）。

“這項工作令人興奮的是，ALF相對于其他高性能CO2吸附劑表現非常好，但它在簡單性，整體穩定性和易于制備方面可與設計師化合物相媲美，”該論文的主要作者之一Hayden Evans在一份媒體聲明中說。“它由兩種容易和豐富的物質制成，因此以非常低的成本制造足夠的ALF來廣泛使用應該是可能的。

根據埃文斯的說法，首先在煙氣到達大氣之前從煙氣中清除二氧化碳是一種合乎邏輯的方法，但事實證明，制造有效的洗滌器具有挑戰性。流向燃煤電廠煙囪的混合氣體通常是炎熱、潮濕和腐蝕性的——這些特性使得很難找到一種可以有效地完成這項工作的經濟材料。

其他一些 MOF 效果很好，但由昂貴的材料制成;其他方法本身成本較低，但僅在干燥條件下才能充分發揮作用，需要“干燥步驟”來降低氣體濕度，但會增加洗滌過程的總體成本。

“把它們放在一起，你需要某種神奇的材料，”埃文斯說。“在這里，我們設法勾選了除在非常潮濕條件下的穩定性之外的每一個方框。然而，使用 ALF 將足夠便宜，以至于干燥步驟成為可行的選擇。

ALF由氫氧化鋁和甲酸制成，這兩種化學物質在市場上含量豐富且易于獲得。它的成本不到每公斤一美元，比其他具有類似性能的材料便宜100倍。

埃文斯指出，低成本很重要，因為單個工廠的碳捕獲可能需要多達數萬噸的過濾材料。

工作原理

在微觀尺度上，ALF就像一個帶有無數小孔的三維鐵絲籠。這些孔足夠大，可以讓CO2分子進入并被捕獲，但又足夠小，可以排除構成大部分煙氣的稍大的氮分子。中子衍射工作向團隊展示了材料中的各個籠子如何收集和填充二氧化碳，揭示了氣體分子像戴手套一樣適合ALF內的某些籠子。

盡管具有潛力，但 ALF 尚未準備好立即使用。工程師需要設計一個程序來大規模創建ALF。燃煤電廠還需要一個兼容的工藝來降低煙氣的濕度，然后再對其進行洗滌。埃文斯說，關于如何解決這些問題，已經有很多了解，他們不會讓使用ALF的成本過高。

研究人員還指出，之后如何處理二氧化碳也是一個主要問題，盡管這對所有碳捕獲材料來說都是一個問題。

目前正在研究將其轉化為甲酸 - 甲酸不僅是一種天然存在的有機材料，而且是ALF的兩種成分之一。這里的想法是，ALF 可以成為循環過程的一部分，其中 ALF 從廢氣流中去除 CO2，并且捕獲的 CO2 用于產生更多的甲酸。然后，這種甲酸將用于制造更多的ALF，進一步降低材料循環的整體影響和成本。

“現在有大量的研究正在進行中，關于如何處理所有捕獲的二氧化碳的問題，”埃文斯說。“我們似乎最終有可能利用太陽能將氫從水中分離出來，然后將氫與二氧化碳結合以制造更多的甲酸。結合ALF，這是一個有助于地球的解決方案。