新型微膠囊材料可阻止溫室氣體進入大氣層

新浪科技訊 北京時間13日消息，據國外媒體報導，近日，由多個機構研究人員合作開發的一種新型材料問世。據介紹，這種新材料能將發電廠排放的溫室氣體以更加安全、廉價和高效的方式處理掉。在碳捕獲和封存領域，這是一項重大的突破。

新材料研究團隊由來自哈佛大學和勞倫斯利福摩爾國家實驗室的科學家領銜，他們採用微流體組裝技術將液體吸附劑封裝在高滲透性聚合物內，製成微膠囊。相比目前主流的碳捕獲和封存技術，這種微膠囊的性能具有顯著的優勢。這項工作發表在近日的《自然-通訊》（Nature Communications）雜誌上。

研究共同第一作者、美國哈佛大學工程與應用科學學院的珍妮弗·劉易斯（Jennifer A. Lewis）：“微膠囊能用於可控的轉移和釋放，在藥品、食品調味料、化妝品和農業中都有應用，但這是該方法在可控碳捕獲領域上的第一次示範。”珍妮弗·劉易斯是生物發工程的Hansj？rg Wyss教授，同時也是哈佛Wyss生物發工程研究所的核心研究員。

發電廠是二氧化碳的最大單一來源。溫室氣體能夠吸收熱量，使地球變得更加溫暖。根據美國國家環境保護局的數據，在2012年，使用煤和天然氣的發電廠所排放的溫室氣體占美國排放總量的三分之一。這也正是美國國家環保局頒佈法規，要求這些化石燃料發電廠降低碳排放的原因。為了滿足新的標準，這些發電廠的經營者需要借助碳捕獲技術。

目前的碳捕獲技術使用的是腐蝕性的胺系溶劑，能將工廠煙囪所排廢氣中的二氧化碳分離出來。不過，目前該技術最先進的處理過程非常昂貴，而且會導致發電廠的輸出大幅度降低，併產生有毒的副物。新技術採用了一種來源豐富而且對環境友好的吸附劑：碳酸鈉，即廚房中使用的小蘇打。相比目前碳捕獲技術中使用的吸附劑，微膠囊碳吸附劑能使二氧化碳的吸收率增加一個數量級。此外，新技術的另一個優點是：胺類會隨時間分解，但碳酸鹽擁有几乎無限的保質期。

“微膠囊碳吸附劑提供了一種新的方式，在捕獲碳的同時只帶來較少的環境問題，”共同第一作者、勞倫斯利福摩爾國家實驗室燃料循環革新項目的負責人羅傑·埃尼斯（Roger D. Aines），“捕獲全世界排放的碳是一項艱巨的任務；我們需要能應用在多種二氧化碳來源上的技術，並且在安全性和可持續性上要讓公完全放心。”

目前，勞倫斯利福摩爾國家實驗室和美國能源部國家能源技術實驗室的研究人員正在改進碳捕獲的過程，使這一新的技術能在更大規模上進行應用。碳捕獲和封存技術不僅僅局限於發電業上。羅傑·埃尼斯稱，基於微膠囊碳吸附劑的研究也可以同樣應用在鋼鐵和水泥工業上，二者也是溫室氣體的主要來源。

“這些滲透性有機硅液滴將是二氧化碳捕獲領域中的重大突破，它高效而易於操作，生的廢料降至最低，而且生成本低廉，”愛丁堡大學碳捕獲和封存領域的斯圖爾特（Stuart Haszeldine）教授，“耐用、安全和可靠的含溶劑膠囊經過改裝，可以廣泛應用，使碳捕獲和封存技術走上降低成本的道路。”斯圖爾特並未參與新技術的研究。

微膠囊碳吸附劑的生中使用了一種雙毛細管裝置，可以對三種液體的流速分別進行控制。這三種液體包括一種結合了催化劑（可促進二氧化碳吸收）的碳酸鹽溶液；一種光固化的有機硅，可形成微膠囊外殼；以及一種水溶液。

“封裝過程可以將固體捕獲媒介和液體捕獲媒介的優點結合在一個平台上，”珍妮弗·劉易斯，“該過程也非常靈活，內部和外殼的化學反應可以分別進行修正和優化。”

“這一創新性的氣體分離平台提供了較大的表面積，同時避免了包括腐蝕、蒸發損失和污損在內的一系列問題。”哥倫比亞大學地球和環境工程副教授Ah-Hyung (Alissa) Park道。她並沒有參與該研究。

在此之前，珍妮弗·劉易斯在功能材料3D打印領域也進行了突破性的研究，涉及的新型材料包括內嵌血管的組織結構、鋰離子微電池和超輕碳纖維環氧材料。（任天）