據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)近日報道，最近，英國利茲大學(xué)工程系科學(xué)家利用同步加速器的鉆石光源，從納米尺度水平對氧化鈣基的二氧化碳吸收劑進(jìn)行了能效分析，解釋了吸收過程中的關(guān)鍵機(jī)制，有望提高現(xiàn)有方法的效率，帶來一種可大規(guī)模使用且經(jīng)濟(jì)高效的碳捕獲和存儲方法。相關(guān)論文發(fā)表在最近出版的《能源與環(huán)境科學(xué)》雜志上。

      全球變暖引起人們越來越多的關(guān)注，各國都在想辦法減少二氧化碳排放。發(fā)電廠煙囪里排出的氣體中含有大量二氧化碳，要過濾這些二氧化碳實(shí)現(xiàn)碳捕獲，現(xiàn)有吸收技術(shù)主要包括兩種方法：一種是后燃燒，另一種是預(yù)燃燒。前者是在被加熱之前，通過溶劑吸收二氧化碳放出水蒸氣；后者是在化石燃料燃燒之前就通過催化劑接觸轉(zhuǎn)爐除去二氧化碳，由此燃燒后的二氧化碳就很少。這兩種方法能將發(fā)電廠的碳排放減少80%?90%。

      氧化鈣基吸收劑廣泛用于這兩種碳捕獲技術(shù)中。它們量大成本低、吸收力強(qiáng)、反應(yīng)迅速。溫度范圍在400℃?800℃時，它們能迅速捕獲二氧化碳形成碳酸鈣，以后還可以放出二氧化碳循環(huán)使用，二氧化碳可壓縮存儲。然而，經(jīng)過多次碳捕獲和再生循環(huán)后，由于燒結(jié)作用會使吸收劑表面積減少，粉末聚集成固體塊，碳捕獲能力就會下降。通過水合作用能恢復(fù)它們的表面積，但其機(jī)械強(qiáng)度會降低。如果能克服強(qiáng)度和表面積問題，氧化鈣基吸收劑就能成為一種可大規(guī)模應(yīng)用的低成本碳捕獲劑。

      為此，研究小組用鉆石光源的高分辨率衍射光線進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)，從納米水平研究了氧化鈣基材料的碳捕獲和水合過程。該項(xiàng)目博士生羅杰?莫林德說：“利用鉆石同步加速器的高分辨率粉末衍射光束，我們能確定氫氧化物的形狀和大小以及張力水平，得到這些衍生參數(shù)是理解燒結(jié)與瓦解機(jī)制的關(guān)鍵。傳統(tǒng)光源會造成峰值重疊，無法做出這種分析。”

      研究人員發(fā)現(xiàn)，氧化鈣遇到空氣和水時，由于氧化物和氫氧化物的原子結(jié)構(gòu)不同，容易形成一層氫氧化鈣的外殼，接觸面會產(chǎn)生很大的張力，使其破碎瓦解成納米顆粒。該研究領(lǐng)導(dǎo)迪姆?柯明說：“由此我們也了解了蒸汽中的氧化鈣捕獲/瓦解能力為何會增強(qiáng)。下一步是開發(fā)出一種改進(jìn)吸收劑的方法，把同樣技術(shù)用于其他系統(tǒng)。”