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【地球有救?】合金室溫催化氣態二氧化碳變煤 僅需少量電力 吸碳技術現曙光 

2019/2/27 — 12:42

圖片來源:rmit university

圖片來源:rmit university

如果人類希望將溫升限於比前工業時代高 2°C 以下,除了增加植樹與減少碳排放外,亦要依賴很多包括從大氣吸收二氧化碳的新技術。最新刊於《自然:通訊》的研究則指,團隊可將燃燒化石燃料後產生的氣態二氧化碳 (CO2) 在室溫下轉化成固體碳,當中只需少量電力,然而要在全球應用此技術將是艱鉅的挑戰。

過去,曾有團隊發現一些固體金屬催化劑 (catalyst) ,可將二氧化碳轉化為固體碳,但過程需要在 600°C 以上高溫下進行,花費大量能源與金錢建造相關設施。同時,涉及的金屬催化劑很快也會被碳積聚而膠化 (gum up) 影響其功效,並不合符經濟效益也無助舒緩氣候問題。

為解決問題,墨爾本皇家理工大學化學家 Dorna Esrafilzadeh 和 Torben Daeneke 的團隊轉而使用室溫下仍為液體的金屬合金製成新型催化劑。類似的合金最早於 2017 年的《自然:化學》研究中被描述,當時的合金由具催化活性鈀 (Palladium) 混合液態鎵 (Gallium) 造成,後者可讓鈀不會在催化過程膠化。

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而是次研究所用的合金則混合了錫、銦 (Indium) 與鎵,此種合金在室溫下為液體且能通電。團隊將一滴具催化活性的鈰 (Cerium) 加入合金,並將混合物放到玻璃管中然後再加入水份,幫助 CO2 轉化為固體碳。

當團隊以銅線插入合金通電,液體表面的鈰會與空氣中的氧氣產生反應,形成一層氧化鈰超薄膜,但大部份相對較底層的鈰仍受合金保護。而在揼入純 CO2 後,大部份的鈰均可利用電力,將二氧化碳變成固體碳。

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團隊表示,這種氣態碳變成固體碳的確切機制仍然未明,但相信涉及鈰與氧氣、 CO2 和水相互作用的五個獨立步驟,最終釋出固體碳,以及純氧作為唯一副產品。這種新吸碳方法的最大好處是鈰催化劑不會膠化。相反,碳會在合金表面上形成黑色薄片然後脫落,容許催化反應繼續進行。荷蘭烏德勒支大學化學家 Bert Weckhuysen 向《科學》表示研究結果相當不錯,產出的固體碳亦可用於電池電極、網球拍,甚至是飛機機翼等等。

然而,最大問題是此技術能否擴大至商業應用,從空氣中吸收 CO2 並將其以固體狀態永久儲存。 Daeneke 指,我們無法真正回撥時鐘,但至少將 CO2 變回煤,將其埋在地下仍有一定阻慢氣候變化的效用。

來源:
Science, New way to turn carbon dioxide into coal could ‘rewind the emissions clock’, 26 February 2019

報告:
Esrafilzadeh, D., Zavabeti, A., Jalili, R., Atkin, P. & et al. (2019). Room temperature CO2 reduction to solid carbon species on liquid metals featuring atomically thin ceria interfaces. Nature Communications volume 10, Article number: 865 (2019). doi: 10.1038/s41467-019-08824-8

文/Alan Chiu 、審核/Edward Ho

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