《尝试利用碱性岩石矿物实现二氧化碳减排》

  • 来源专题:中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
  • 编译者: liguiju
  • 发布时间:2022-05-31
  • 《巴黎协定》中,国际社会同意将全球变暖限制在低于2℃,并努力将其控制在1.5℃以下。这需要在大幅减少温室气体排放的同时采取措施从大气中积极减少二氧化碳才可能实现。如何从大气中减少二氧化碳并将其安全、永久地储存在海洋中?
    由德国亥姆霍兹基尔海洋研究中心(GEOMAR)领导的来自七个国家的科学家正在研究这一问题。他们通过中间试验场探索海洋是否能通过添加碱性矿物从大气中吸收额外的二氧化碳,以及这会对海洋群落有什么影响等。这项研究将持续到7月中旬,也是欧盟资助的基于海洋负排放技术(OceanNETs)项目的部分内容。研究团队目前正在挪威卑尔根南部调查海洋在多大程度上可以支持这一点以及可能发生的风险和副作用。
    为了进行长期实验,研究人员正在使用GEOMAR开发的中间试验箱,这是一种超大的测试管,长20米,直径2米。在密封的容器中,通过添加碱性矿物质来增加海水的pH值。这种所谓的碱化不仅可以抵制海洋酸化,还可以提高海洋吸收和储存二氧化碳的潜力。定期的取样和测量记录了在大约八周的时间内,中间试验室的化学和生物变化。
    这项研究方法模拟了一种自然过程:在自然界中,来自岩石和土壤的矿物质部分负责维持海水的碱度。在实验中,熟石灰(代表钙基矿物)和硅酸镁(代表硅质矿物)用于碱化,因为它们易溶于水,不含矿物中经常含有的杂质。该实验旨在阐明如何有效地封存额外的二氧化碳,两种物质中的哪一种产生更好的结果,最重要的是,海洋碱化如何影响海洋生物。
    中间试验室研究特别适合于在不影响海洋环境的情况下调查海水化学变化的影响。巨型测试管的密封结构允许以可控的方式改变封闭水域的条件。中间试验箱包含自然界的群落,在实验中暴露在真实的环境条件下,因此可以模拟出接近自然的条件,这在实验室里是不可能做到的。
    除了GEOMAR的科学家,还有来自卑尔根大学、基尔大学、汉堡大学、拉斯帕尔马斯大学、阿尔弗雷德韦格纳研究所、亥姆霍兹极地和海洋研究中心、毕格罗海洋科学实验室,以及塔斯马尼亚大学、南十字星大学、阿格德大学和丹麦技术大学都参与了这项实验。(李桂菊  编译)

  • 原文来源:https://www.geomar.de/en/news/article/using-rock-minerals-to-combat-climate-change
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  • 《新“光合作用”将二氧化碳变为甲烷》

    • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
    • 编译者:guokm
    • 发布时间:2020-01-10
    • 一种新的催化剂增加了利用可再生能源产生甲烷的希望,甲烷是用于取暖和发电的天然气的主要成分。图片来源:MEHMETCAN 长期以来,研究人员一直试图模拟光合作用,利用太阳的能量产生化学燃料。现在,一支研究团队比以往任何时候都更接近这个目标——他们开发了一种新的铜和铁基催化剂,可利用光将二氧化碳转化为天然气的主要成分甲烷。如果经过进一步改进,新的催化剂将有助于减少人们对化石燃料的依赖。 这项新研究是“令人兴奋的进步”。未参与该项研究的加拿大多伦多大学化学家、太阳能燃料专家Edward Sargent说:“产生甲烷的好处在于储存、分配和利用这种燃料的基础设施已经广泛存在。” 在美国,甲烷最近超过煤成为发电的主要燃料。当甲烷燃烧时,它会分解成二氧化碳和水,释放出用于发电的热量。利用阳光产生甲烷的过程则相反,从二氧化碳和水开始,再加上电来重铸甲烷的化学键。 然而,实现这一转化并不容易。8个电子和4个质子必须加到一个二氧化碳分子中才能形成一个甲烷分子。每个电子和质子的加入都需要能量来推动转化。金属催化剂可以帮助促进这些反应,它们抓住每个反应分子“伙伴”,使反应更有可能发生,并减少能量消耗。 几年前,科学家发现,当与吸光材料结合时,铜微粒在将二氧化碳转化为更富能量的化合物方面展示出初步的潜力,但是效率和速度仍然很低。因此,研究人员尝试将铜与其他金属结合。他们将两种金属微粒置于细小的、毛发状的纳米线上,这些纳米线的设计就像微型太阳能电池,能够吸收阳光并将其转化为电能,为催化剂的反应提供电子。 2016年,研究人员报告称,硅纳米线上含铜和金的催化剂有助于将二氧化碳转化为一氧化碳。 2019年3月,美国密歇根大学安娜堡分校电气工程师Zetian Mi及其同事发现,在吸光的氮化镓(GaN)纳米线阵列中,一种基于钌和锆的催化剂能有效地将二氧化碳转化为甲酸盐(一种工业上有用的化合物)。但这些努力都没有产生可被广泛使用的燃料。 现在,Mi和同事已经找到了解决这个问题的方法。他们从生长在商用硅晶圆上的GaN纳米线入手,然后使用一种叫作电沉积的标准技术,将5~10纳米宽、由铜和铁混合而成的微粒加入其中。在二氧化碳和水存在的情况下,该装置在光照时能将光中51%的能量转化为甲烷,而且速度很快。 其他研究人员此前已经达到了更高的太阳能甲烷生成效率,但工作速度太慢,不切实际。本月出版的美国《国家科学院院刊》报道了这种新型催化剂,作为将二氧化碳转化为甲烷的光驱动催化剂,其效率和产量是有史以来最高的。计算机模拟显示,催化剂中的两种金属与二氧化碳分子结合,使其产生弯曲,从而更容易发生反应并吸收电子。“它降低了关键步骤的能量屏障。”Mi说。 与其他许多光吸收剂和催化剂相比,这一方法的所有组件都是廉价且丰富的,并且已经在工业上使用。Sargent指出,下一步要提高甲烷生产的效率和速度,这是使现行系统可行的必要条件。一旦实现,新方法将提供一种利用阳光制造燃料的方法。
  • 《科学家尝试从海洋捕获二氧化碳》

    • 来源专题:能源情报网信息监测服务平台
    • 编译者:guokm
    • 发布时间:2023-03-07
    • 据《科学美国人》月刊网站2月27日报道,气候科学家正逐渐达成共识:为避免全球变暖的最坏影响,人类必须找到一种方法来封存二氧化碳,而迄今为止,这项努力主要集中在从大气中去除二氧化碳上。 但有两项正在进行的研究——包括麻省理工学院的一项研究——已经转向海洋,而不是大气。科学家表示,如果获得成功,将大大降低使用碳捕获来对抗全球变暖的成本。 麻省理工学院研究团队的负责人、化学工程学教授T·艾伦·哈顿说,一个重要的原因是,“在海洋中,捕获这一步已基本上为你完成了”。该研究团队本月在美国《能源与环境科学》杂志上发表了一篇有关这项研究的报告。 这是因为海洋是地球上主要的“碳汇”,吸收了大气中30%到40%的温室气体。 哈顿还说:“此外,海洋中温室气体的浓度是空气中的100多倍。这意味着,相较于大气捕获作业,在海洋捕获中需要处理的材料量要少得多,使整个过程进一步简化。” 麻省理工学院的报告介绍了采用分为两步的“电化”过程从海水中吸收二氧化碳。第一步使用电力暂时将海水酸化,以有助于去除二氧化碳。第二步去除酸性并收集二氧化碳。 麻省理工学院报告的合著者、机械工程学教授克里帕·瓦拉纳西在采访中表示,麻省理工学院的方法降低了能源和用于收集二氧化碳的昂贵薄膜的成本,使柴油动力商船能收集足够多的二氧化碳来抵消碳排放。 瓦拉纳西说,其他船只“可能成为海洋的洗涤器”——这一举措还可能吸引那些收入依赖旅游业、水产养殖和渔业的小国,这些国家可能会因气候变化带来的海水变暖而遭受严重损失。 麻省理工学院的研究是美国探索海洋二氧化碳去除过程的两项主要努力之一。本月早些时候,卡普图拉公司发布新闻稿,标志着其在加州纽波特比奇附近的第一家试点工厂开始运营,该工厂旨在从太平洋中去除二氧化碳。 卡普图拉公司采用一种依赖电解和薄膜的工艺去除海水中的二氧化碳,已获沙特阿拉伯石油公司的资金支持。沙特阿拉伯石油公司认为,其大量的海水淡化厂可用于去除二氧化碳。卡普图拉公司还从“X奖碳清除计划”获得了100万美元的资助,亿万富翁埃隆·马斯克为这项比赛提供了1亿美元的资助。 “X奖碳清除计划”被称为史上最大的激励奖,旨在鼓励全球企业、政府和投资者之间的竞争,以寻找到2050年每年减少100亿吨二氧化碳的有效方法。 “X奖碳清除计划”的最终获奖者将在2025年的地球日揭晓。最有前景的去除技术将获得5000万美元奖金,其后的三名参赛者将平分3000万美元。 这对麻省理工学院的努力意味着,最终的二氧化碳收集量一定非常庞大。规划者正考虑将二氧化碳制成乙醇等燃料或混凝土等产品。 哈顿说,但地下地质储存区,例如枯竭的油藏,可能会吸收大部分来自海洋的二氧化碳。 他说:“你不可能将所有这些都用作原料。大量被捕获的二氧化碳将需要埋在地下。”