借助光捕获温室气体
如果我们想减缓全球变暖，就需要大幅减少温室气体排放。除此之外，我们需要放弃化石燃料并使用更节能的技术。然而，仅减少排放不足以实现气候目标。我们还必须从大气中捕获大量温室气体CO 2并将其永久储存在地下或将其用作工业中的碳中性原料。不幸的是，当今可用的碳捕获技术需要大量能源并且相应地昂贵。
这就是苏黎世联邦理工学院的研究人员正在开发一种利用光的新方法的原因。通过这个过程，未来碳捕获所需的能量将来自于太阳。
光控酸性开关
在电化学能源系统教授 Maria Lukatskaya 的带领下，科学家们正在利用这样一个事实：在酸性含水液体中，CO 2以 CO 2的形式存在，但在碱性含水液体中，它会反应形成碳酸盐，即碳酸盐。这种化学反应是可逆的。液体的酸度决定了它是否含有CO 2还是碳酸盐。
为了影响液体的酸度，研究人员在液体中添加了一种被称为光酸的分子，这些分子会对光产生反应。如果用光照射这种液体，分子就会使其呈酸性。在黑暗中，它们会恢复到原来的状态，使液体变得更加碱性。
ETH 研究人员的方法的具体工作原理是这样的：研究人员在黑暗中使空气通过含有光酸的液体，从而从空气中分离出 CO 2 。由于该液体呈碱性，CO 2发生反应并形成碳酸盐。一旦液体中的盐积累到一定程度，研究人员就会用光照射液体。这使其呈酸性，并且碳酸盐转化为CO 2。CO 2从液体中冒出气泡，就像在一瓶可乐中一样，并且可以收集在储气罐中。当液体中几乎没有CO 2残留时，研究人员关掉灯，循环重新开始，液体准备好捕获CO 2。
这一切都取决于混合物
然而，在实践中存在一个问题：所使用的光酸在水中不稳定。“在我们最早的实验过程中，我们意识到这些分子会在一天后分解，”Lukatskaya 小组的博士生、该研究的主要作者 Anna de Vries 说。
因此卢卡茨卡娅、德弗里斯和他们的同事分析了分子的衰变。他们通过不在水中而是在水和有机溶剂的混合物中进行反应来解决这个问题。科学家们能够通过实验室实验确定两种液体的最佳比例，并通过巴黎索邦大学研究人员进行的模型计算来解释他们的发现。
一方面，这种混合物使他们能够在溶液中保持光酸分子稳定近一个月。另一方面，它确保可以使用光根据需要在酸性和碱性之间来回切换溶液。如果研究人员使用不含水的有机溶剂，该反应将是不可逆的。
无需加热即可进行
其他碳捕获过程也是循环的。一种已建立的方法使用在环境温度下收集CO 2分子的过滤器。随后为了从过滤器中去除CO 2，必须将过滤器加热至100摄氏度左右。然而，加热和冷却是能源密集型的：它们占过滤方法所需能量的主要份额。“相比之下，我们的工艺不需要任何加热或冷却，因此需要的能源少得多，”Lukatskaya 说。不仅如此，苏黎世联邦理工学院研究人员的新方法可能仅适用于阳光。
“我们系统的另一个有趣的方面是，我们可以在几秒钟内从碱性变为酸性，并在几分钟内恢复到碱性。这让我们能够比温度驱动系统更快地在碳捕获和释放之间切换，”de Vries 解释道。
通过这项研究，研究人员证明光酸可以在实验室中用于捕获CO 2。他们走向市场成熟的下一步将是进一步提高光酸分子的稳定性。他们还需要研究整个过程的参数以进一步优化。
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