財聯社(上海，編輯 黃君芝)訊，重現植物將陽光、水和二氧化碳轉化為能量的自然光合作用過程，是科學界長期追求的目標。這些系統通常被稱為“人工樹葉”，可以在對抗氣候變化中發揮關鍵作用。美國一個研究團隊剛剛取得了階段性成果，其解決方案捕獲二氧化碳的速度是當前技術的100倍。
多年來，科學家們已經研究了相當多的“人工樹葉”系統，它們利用陽光將水轉化為液體燃料和電力。一個有趣的例子是由伊利諾伊大學芝加哥分校(UIC)的工程師在2019年設計的系統。它有一個獨特的設計，據稱適合在現實世界中使用，而不像其他實驗室解決方案只能利用來自加壓罐的二氧化碳。
據悉，該解決方案包括一個標準的人工光合作用裝置，它被包裹在一個充滿水的透明膠囊中，並有一個半滲透的外層。當陽光照射到該裝置時，水透過外層的孔隙蒸發，二氧化碳被吸入以取代它，裡面的裝置將其變成一氧化碳。這種一氧化碳反過來又可以被捕獲並用於製造合成燃料。
透過一些關鍵的設計調整，科學家們現在把它的效能提高到新的高度。該團隊使用廉價的材料集成了一個帶電膜，該膜充具有乾溼兩面。在乾的一側，一種有機溶劑附著在捕獲的二氧化碳上，並將其轉化為濃縮的碳酸氫鹽，在膜上堆積。
而在溼的一面，有一個帶正電的電極，然後把碳酸氫鹽拉過薄膜，進入水溶液中，在那裡，碳酸氫鹽又被轉化成二氧化碳，用於製造燃料或其他用途。改變電荷可以加快或減緩碳捕捉的速度，科學家發現，在最佳狀態下，每4平方釐米的材料每小時可以捕捉3.3毫摩爾的碳。
這種“捕獲率”被描述為非常高，比現有系統好100多倍。重要的是，為這種反應提供的動力只需要微不足道的能量，每小時0.4千焦耳，比執行一個一瓦的LED燈泡所需的能量還要少。同樣令人印象深刻的是，該團隊表示，該系統可以以每噸145美元的價格捕獲二氧化碳，這符合; 能源部的指導方針，即這些技術的成本應在每噸200美元或以下。
“我們的人工葉子系統可以部署在實驗室之外，它有潛力在減少大氣中的溫室氣體方面發揮重要作用，這得益於它的高碳捕獲率、相對較低的成本和中等的能源消耗，即使與最好的基於實驗室的系統相比，”UIC工程學院化學工程助理教授、這篇論文的通訊作者Meenesh Singh說。
據瞭解，該裝置小到可以裝在揹包裡，而且是模組化的，這意味著多個單元有可能被堆疊在一起，以建立適合不同環境的裝置。這項研究成果已於近期發表在了《能源與環境科學》雜誌上。
Singh說，“特別令人興奮的是，這種電滲析驅動的人工樹葉的實際應用，具有高通量、表面積小、模組化的特性。這意味著它有可能是可堆疊的，模組可以增加或減少，以更完美地滿足需要，在家庭和教室等多個場景中的成本可以負擔得起，而不僅僅限於工業化場景。”
“一個家用加溼器大小的小模組每天可以去除大於1公斤(2.2磅)的二氧化碳，而四個工業電滲析堆疊每小時可以捕獲大於300公斤(300磅)的二氧化碳。”他補充說。
(文章來源：財聯社)
