为了捕获燃煤电厂产生的二氧化碳，像陶氏化学公司这样的化学公司和像阿尔斯通公司这样的能源巨头一直在大力投资液体溶剂，如胺。胺是一种腐蚀性的氨衍生物，它渴望与二氧化碳结合。
问题是，一旦两者结合，它们就永远不想分开。
为了试图规避将胺与二氧化碳分离所需的巨大能量消耗（这可能占燃煤电厂产生能量的 25%），科学家们（其中许多人得到了能源部的资助）正在开发新一代多孔固体，这些固体可以捕获二氧化碳，然后几乎同样容易地将其释放出来。
关于支持科学新闻
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道： 订阅。通过购买订阅，您将有助于确保未来能够继续讲述有关塑造我们当今世界的发现和想法的具有影响力的故事。
这些固体有多种形式：从糖中提取并带有微孔的碳；筛选和分离化学物质的分子筛；以及形成能够捕获和保持特定化学物质的大型骨架的精细的、类似玩具的分子。
在最后一个领域的最前沿是加州大学洛杉矶分校奥马尔·亚吉实验室，该实验室在过去十年中帮助创造了一个新的大型晶体分子领域，称为金属有机框架，或 MOF。MOF 的缩写听起来像一种毛茸茸的啮齿动物的名字，不同种类的 MOF 可能成为氢燃料箱、药物输送装置和二氧化碳洗涤器的基础。
现在，该实验室已经创造了新一代 MOF，它们具有与胺接近的二氧化碳存储能力和偏好，同时仅与分子发生弱结合。该研究将于今年晚些时候发表；该实验室先前关于该主题的报告已发表在《科学》和《自然》杂志上。
亚吉实验室的研究员王波说，肉眼来看，MOF “有点像岩石”。但他说，在分子层面上，这些看似固体的东西看起来像一系列巨大的圆形笼子，几乎像蜂窝或分子海绵。
胺一旦与二氧化碳发生化学反应，必须在 120 摄氏度下烹制一到两个小时才能释放负载。据王波说，1 克新的 MOF 在 60 摄氏度下需要两分钟才能释放二氧化碳并准备好进一步使用。
MOF 的秘密在于它们的框架——由金属离子簇通过有机连接组成——很容易修改。亚吉的实验室已经制造了数千种不同版本的分子，测试哪种分子具有选择性吸收二氧化碳的适当形状。
西北大学的化学家约瑟夫·哈普说：“亚吉教授开发的材料的优点在于它们对二氧化碳的巨大容量。”哈普开发了从甲烷中分离二氧化碳的 MOF。
哈普说，二氧化碳有一个时刻，其电子在分子中分布不均匀，这被称为其四极矩。这种特征与许多其他气体不同，并且允许 MOF 通过它们的原子排列具有选择性。
哈普不确定 MOF 是否容易应用于燃煤电厂的蒸汽工业环境中。他说：“我认为这是可以想象的，但我不太确定。”
王波认为他有一种分子，它将以可承受的方式准备好扩大到工业规模。亚吉的实验室已经与化工巨头巴斯夫公司合作，大规模生产三种简单的 MOF，称为 Basolite，用于吸收各种化学物质。
王波说，一旦掌握了配方，MOF 的组装就非常简单。
他说：“就像摇晃和烘烤一样简单。” 您有这些金属和有机连接剂，然后“将其倒入溶剂中煮熟。当它冷却下来时，您会看到晶体。……它更像是自组装。”
MOF 是否能够在商业上与化学性质不太复杂的液体溶剂竞争还有待观察。王波指出，巴斯夫已经将其 Basolite 系列产品的价格降至每公斤约 10 欧元。“这已经具有竞争力了，”他说。
[断裂]
知己知彼
能源部正在将赌注分散在多孔固体上，最近宣布为位于科罗拉多州惠特岭、在国家可再生能源实验室阴影下的私营公司TDA Research Inc. 的研究项目提供 200 万美元的资金支持。
TDA 提议使用一种专有的活性炭形式来捕获二氧化碳。通常，活性炭具有巨大的多孔性——1 克活性炭的表面积几乎相当于一个篮球场——用于吸收毒物以及地下水修复或污水处理。
TDA 的研究员史蒂文·迪茨开发的碳有两种不同尺寸的孔，他称之为中孔和微孔。较大的中孔充当通往微孔的通道，与活性炭相比，大大提高了 TDA 碳吸收二氧化碳的速率。
迪茨说，大多数活性炭来源于“碳化”——或烧毁——的植物，如椰子壳，这仍然限制了人们对植物结构的利用。TDA 现在可以从糖中开发活性炭，这意味着化合物中漂浮的垃圾更少。它本质上是合成的。
迪茨最初想将碳用于快速吸收电力的超级电容器。然后他注意到他的中碳有多么基础，这意味着它非常适合吸收酸性二氧化碳。因此，去年秋天，他走到走廊尽头找到 TDA 工程师 Gokhan Alptekin，他们做了一些实验室实验，然后说：“是的，这些看起来很有趣。”
能源部国家能源技术实验室的项目经理蒂莫西·福特说，对许多其他固体吸附剂的研究正在进行中——有些可能比 MOF 或 TDA 的碳更接近工业用途——所有这些吸附剂都面临在燃煤电厂的恶劣环境中工作的挑战。
他说：“在实验室中用于确定反应速率和颗粒特性的实验类型和设置通常不能直接转化为大型设备。”
这种放大对于液体来说更容易，这解释了胺和 Selexol 的大部分吸引力，Selexol 是一种溶剂，很可能用于在从头开始为碳捕获设计的燃煤电厂中捕获二氧化碳。能源部估计，使用 Selexol 的工厂生产的电力成本将增加 30%。
未来，该机构希望诸如固体吸附剂之类的技术能够取代液体溶剂。但王波和迪茨都没有如此大胆地认为他们的固体是前进的唯一途径。
王波说：“但这可能是一种替代方案。”
经环境与能源出版有限责任公司许可，转载自 Greenwire。www.eenews.net，202-628-6500