瑞士研究團隊開發秒級二氧化碳捕獲技術以淨化空氣

瑞士 Empa 研究所的研究人員正在開發一種直接空氣捕集技術，能夠在不到一秒的時間內從大氣中去除二氧化碳。此方法用超薄的含胺塗層取代了笨重的多孔過濾器，能迅速吸收和釋放二氧化碳。該技術是 Empa「開採大氣」研究計劃的一部分，探討如何捕集大氣中的碳並將其轉化為可重用的材料和化學品。研究人員已進行初步的流動和過程模擬，但仍需進行實驗測試以確定該方法能否與現有的直接空氣捕集系統競爭。

直接空氣捕集系統通常通過多孔材料移動大量空氣，將二氧化碳固定。捕集的氣體隨後被釋放，通常是通過加熱材料及施加真空或蒸汽。由於大氣中的二氧化碳濃度僅約為 430 ppm，這些系統必須處理大量空氣以收集有意義的溫室氣體。Empa 的方法則採取了不同的路徑。研究人員的目標並非在每個循環中最大化捕集的二氧化碳量，而是希望更頻繁地捕集較小的數量。

新技術的運作原理

所提議的系統使用超薄的含胺材料塗層。這些塗層不讓二氧化碳深入多孔吸附劑內，而是在表面附近固定二氧化碳。這減少了在釋放階段需要加熱的材料量。「由於熱質量較低，該過程可以顯著加速。」Empa 研究員 Dirk Hegemann 在研究所的聲明中解釋道。這些薄層能迅速加熱和冷卻，使二氧化碳的吸附和脫附能夠在比傳統系統短得多的間隔內交替進行。

Empa 研究員 Sandra Galmarini 表示，目標是在不到一秒的時間內完成一次循環，而傳統方法則需要幾分鐘。所提議的設計類似於傳送帶。一個持續移動的表面塗有捕集材料，經過兩個區域。在第一區域，環境空氣流過塗層，使二氧化碳附著在表面上。在第二區域，材料在減壓下加熱，釋放所捕集的氣體，並為下一個循環準備塗層。將這些階段分開可以使每個區域在不同條件下運行。

捕集部分需要足夠的氣流，而釋放部分則需要較小的氣體體積，以減少加熱和創造真空所需的能量。

模組化設計的潛力

研究人員還看到系統模組化設計的潛在優勢。可以將多個較小的單元組合起來，而不必建造越來越大和複雜的捕集設施。移動表面還可能有助於運輸空氣，從而減少風扇所需的能量。儘管模擬結果令人鼓舞，研究人員尚未對所提議的亞秒捕集循環進行實驗驗證。Empa 表示需要一個新的測量平台來確定二氧化碳與薄塗層的結合和分離速度。該團隊還需要評估系統在每單位體積和時間內可以捕集多少二氧化碳，塗層在重複循環中的穩定性，以及密封和壓力區域在高轉速下的性能。

Hegemann 正在利用等離子塗層對表面進行功能化，而更廣泛的研究團隊則在開發所需的實驗設置以測試該過程。核心挑戰在於速度優勢是否能轉化為有意義的整體性能。每個循環捕集較少的二氧化碳意味著系統必須快速且重複運行，以實現競爭性的產量，而不消耗過多的能量用於加熱、冷卻、氣流和真空生成。如果這些挑戰能夠得到解決，該技術可能會提供一種更靈活的直接空氣捕集方法。

快速捕集技術的潛在影響

這項技術的開發對於應對氣候變化具有重要意義。傳統的二氧化碳捕集方法往往效率低下且耗能較高，而瑞士研究團隊的秒級捕集技術有望顯著提升捕集速度和效率。透過模組化設計，未來的捕集設施可以更靈活地配置，滿足不同環境的需求。若能成功克服目前的技術挑戰，這種創新方法可能成為減少大氣中二氧化碳濃度的關鍵工具，對全球氣候政策和環境保護具有深遠影響。