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人類每年通過發(fā)電、制造產(chǎn)品、駕駛、飛行和進(jìn)行其他日?；顒?dòng)向空氣中排放數(shù)百萬噸二氧化碳(CO2)。雖然植物可以吸收部分CO2，??但其中大部分仍然懸浮在大氣中，在大氣中充當(dāng)絕緣層，將熱量吸收到地球上。

(相關(guān)資料圖)

科學(xué)家認(rèn)為，去除部分CO2并將其長期儲存或?qū)⑵滢D(zhuǎn)化為有用的東西是減緩人為氣候變化進(jìn)程的潛在選擇。但是眾所周知，碳封存說起來容易做起來難。

然而，科羅拉多大學(xué)博爾德分校的研究為一種從大氣中去除碳的有前途的方法提供了新的見解：使用電力來操縱化學(xué)物質(zhì)，以便它們可以從空氣中吸取碳。

科學(xué)家們在最近發(fā)表在《能源進(jìn)展》雜志上的一篇新論文中揭示了他們對稱為醌的化合物家族的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。通過使用電化學(xué)技術(shù)改變它們的分子結(jié)構(gòu)，研究人員發(fā)現(xiàn)醌確實(shí)可以以受控方式與碳結(jié)合并捕獲碳。

研究人員表示，這一發(fā)現(xiàn)不僅代表了化學(xué)領(lǐng)域的一項(xiàng)重大而新穎的發(fā)現(xiàn)，而且還有助于科學(xué)家更多地了解哪些類型的化合物在從空氣中捕獲碳方面可能更好(或更差)。

這些電化學(xué)活化的醌分子在類似空氣的條件下(CO2在許多其他氣體中被稀釋)捕獲碳時(shí)與從濃縮的CO2源(例如發(fā)電廠排放的那些)捕獲碳時(shí)表現(xiàn)不同。

長期以來，科學(xué)家們一直假設(shè)醌分子總是與兩個(gè)CO2分子結(jié)合，以1:2的比例運(yùn)行。但是CUBoulder的研究人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)他們從稀薄的來源(他們稱之為“饑餓條件”)中捕獲碳時(shí)，醌類每個(gè)只與一個(gè)CO2分子結(jié)合——比例為1:1。

“被認(rèn)為有利于從濃縮源捕獲CO2的電化學(xué)碳捕獲材料在從空氣等稀釋源捕獲CO2時(shí)可能效果不佳，”該研究的合著者、CU化學(xué)助理教授OanaLuca說。Boulder和CUBoulder研究與創(chuàng)新辦公室的教員。

永遠(yuǎn)利用電化學(xué)的力量

根據(jù)美國環(huán)境保護(hù)署的數(shù)據(jù)，發(fā)電廠產(chǎn)生的二氧化碳排放量約占美國所有CO2排放量的31%，占所有溫室氣體排放量的約24%。這是因?yàn)榘l(fā)電廠主要燃燒煤和天然氣等化石燃料來發(fā)電，這一過程會產(chǎn)生大量CO2。

目前，大多數(shù)確實(shí)發(fā)生的碳封存發(fā)生在這些工廠，這些工廠配備了特殊設(shè)備，可以在CO2排放到大氣中之前將其捕獲。然而，這個(gè)過程是能源密集型和昂貴的，并且僅限于特定地點(diǎn)。

它也沒有被廣泛使用：據(jù)一些估計(jì)，目前的碳封存工作每年僅捕獲全球CO2排放量的0.1%。為了幫助減緩氣候變化的進(jìn)程并將全球變暖限制在巴黎協(xié)定2.7華氏度(1.5攝氏度)的目標(biāo)范圍內(nèi)，這個(gè)數(shù)字需要迅速而顯著地增加——盧卡相信電化學(xué)可以提供幫助。

Luca和她的合作者希望通過解開電化學(xué)過程的秘密，有一天他們可以將碳捕獲和封存帶給大眾。最終，他們希望任何地方的任何人都可以操作一個(gè)小型設(shè)備，從空氣中抽取CO2。

“我們的方法確實(shí)打開了一個(gè)可以部署在你家后院的系統(tǒng)的大門——它可以是你放在房子旁邊的東西，甚至可能是你的車，”她說。“它最終會更便宜，而且也更容易分發(fā)到不存在CO2集中來源的地方。在許多方面，它可能會改變我們開展業(yè)務(wù)的方式?！?/p>

研究人員還希望最終弄清楚如何將CO2轉(zhuǎn)化為有用的化學(xué)物質(zhì)。今天，大多數(shù)封存的碳都儲存在地下的地質(zhì)構(gòu)造中。

他們的愿景距離成為現(xiàn)實(shí)還有很多年。但是，盡管如此，研究人員對他們在實(shí)驗(yàn)室中取得的發(fā)現(xiàn)和進(jìn)展感到鼓舞。

盧卡說：“我們還沒有到建造設(shè)備和拯救世界的地步，但我們很高興能夠貢獻(xiàn)一些關(guān)于材料的知識，這些材料可以被認(rèn)為是直接空氣碳捕獲的候選材料?！?/p>

“我們將到達(dá)一個(gè)無法消除對全球環(huán)境造成的破壞的地步，所以這就是我們做這項(xiàng)工作的原因——嘗試對此做點(diǎn)什么，并嘗試貢獻(xiàn)想法來制定一些解決方案?！?/p>