【低碳产品】新型微胶囊材料可阻止温室气体进入大气层

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　　微胶囊液体碳捕获过程的图示，二氧化碳穿过高渗透性有机硅外壳，被内部的碳酸盐液体吸收。之后，聚合物微胶囊被加热，释放出吸收的二氧化碳，供下一步进行收集。
　　新浪科技讯 北京时间13日消息，据国外媒体报道，近日，由多个机构研究人员合作开发的一种新型材料问世。据介绍，这种新材料能将发电厂排放的温室气体以更加安全、廉价和高效的方式处理掉。在碳捕获和封存领域，这是一项重大的突破。

　　新材料研究团队由来自哈佛大学和劳伦斯利福摩尔国家实验室的科学家领衔，他们采用微流体组装技术将液体吸附剂封装在高渗透性聚合物壳内，制成微胶囊。相比目前主流的碳捕获和封存技术，这种微胶囊的性能具有显著的优势。这项工作发表在近日的《自然-通讯》（Nature Communications）杂志上。

　　研究共同第一作者、美国哈佛大学工程与应用科学学院的珍妮弗·刘易斯（Jennifer A. Lewis）说：“微胶囊能用于可控的转移和释放，在药品、食品调味料、化妆品和农业中都有应用，但这是该方法在可控碳捕获领域上的第一次示范。”珍妮弗·刘易斯是生物启发工程的Hansj?rg Wyss教授，同时也是哈佛Wyss生物启发工程研究所的核心研究员。

　　发电厂是二氧化碳的最大单一来源。温室气体能够吸收热量，使地球变得更加温暖。根据美国国家环境保护局的数据，在2012年，使用煤和天然气的发电厂所排放的温室气体占美国排放总量的三分之一。这也正是美国国家环保局颁布法规，要求这些化石燃料发电厂降低碳排放的原因。为了满足新的标准，这些发电厂的经营者需要借助碳捕获技术。

　　目前的碳捕获技术使用的是腐蚀性的胺系溶剂，能将工厂烟囱所排废气中的二氧化碳分离出来。不过，目前该技术最先进的处理过程非常昂贵，而且会导致发电厂的输出大幅度降低，并产生有毒的副产物。新技术采用了一种来源丰富而且对环境友好的吸附剂：碳酸钠，即厨房中使用的小苏打。相比目前碳捕获技术中使用的吸附剂，微胶囊碳吸附剂能使二氧化碳的吸收率增加一个数量级。此外，新技术的另一个优点是：胺类会随时间分解，但碳酸盐拥有几乎无限的保质期。

　　“微胶囊碳吸附剂提供了一种新的方式，在捕获碳的同时只带来较少的环境问题，”共同第一作者、劳伦斯利福摩尔国家实验室燃料循环革新项目的负责人罗杰·埃尼斯（Roger D. Aines）说，“捕获全世界排放的碳是一项艰巨的任务；我们需要能应用在多种二氧化碳来源上的技术，并且在安全性和可持续性上要让公众完全放心。”

　　目前，劳伦斯利福摩尔国家实验室和美国能源部国家能源技术实验室的研究人员正在改进碳捕获的过程，使这一新的技术能在更大规模上进行应用。碳捕获和封存技术不仅仅局限于发电产业上。罗杰·埃尼斯称，基于微胶囊碳吸附剂的研究也可以同样应用在钢铁和水泥工业上，二者也是温室气体的主要来源。


　　“这些渗透性有机硅液滴将是二氧化碳捕获领域中的重大突破，它高效而易于操作，产生的废料降至最低，而且生产成本低廉，”爱丁堡大学碳捕获和封存领域的斯图尔特（Stuart Haszeldine）教授说，“耐用、安全和可靠的含溶剂胶囊经过改装，可以广泛应用，使碳捕获和封存技术走上降低成本的道路。”斯图尔特并未参与新技术的研究。

　　微胶囊碳吸附剂的生产中使用了一种双毛细管装置，可以对三种液体的流速分别进行控制。这三种液体包括一种结合了催化剂（可促进二氧化碳吸收）的碳酸盐溶液；一种光固化的有机硅，可形成微胶囊外壳；以及一种水溶液。

　　“封装过程可以将固体捕获媒介和液体捕获媒介的优点结合在一个平台上，”珍妮弗·刘易斯说，“该过程也非常灵活，内部和外壳的化学反应可以分别进行修正和优化。”

　　“这一创新性的气体分离平台提供了较大的表面积，同时避免了包括腐蚀、蒸发损失和污损在内的一系列问题。”哥伦比亚大学地球和环境工程副教授Ah-Hyung (Alissa) Park说道。她并没有参与该研究。

　　在此之前，珍妮弗·刘易斯在功能材料3D打印领域也进行了突破性的研究，涉及的新型材料包括内嵌血管的组织结构、锂离子微电池和超轻碳纤维环氧材料。（任天）