一組來自普渡大學和桑迪亞國家實驗室的科學家在氣候技術上取得了驚人的突破，他們利用地球上最常見的材料之一——黏土。
研究顯示，某些黏土礦物，特別是一種名為 saponite 的黏土，能有效地從空氣中捕捉二氧化碳 (CO₂)。這項工作可能為低成本、大規模的 CO₂ 移除鋪平道路，並為團隊贏得了 2024 年 R&D 100 獎。
研究指出，這些天然豐富的納米材料可能成為應對氣候變化的強大盟友。該團隊還在追求這一有前景方法的專利。
普渡大學農業與地球科學教授 Cliff Johnston 表示：「黏土礦物具有極高的表面積。一湯匙黏土的表面積約等於一個美式足球場的面積。大部分表面積位於黏土的內部孔隙中。」
這些內部孔隙是關鍵。Johnston 解釋，像 CO₂ 這樣的分子會被吸引到黏土的非極性區域，而水蒸氣則傾向於佔據極性區域。通過選擇特定類型的黏土並改變其離子結構，研究人員發現可以增強這些材料從大氣中吸收 CO₂ 的能力。
從水污染物到氣候解決方案
Johnston 和他的合作者，包括本科生 Riley Welsh 及桑迪亞國家實驗室的研究人員，已經花了數十年研究黏土與化學物質的相互作用。他們早期的研究集中在 smectites——一組以大表面積著稱的黏土，如何從水中吸附有毒有機污染物。
Johnston 表示：「我們之前的工作專注於黏土礦物從水相中吸附有毒有機污染物，我們發現某些類型的 smectites 具有疏水表面，能夠吸附顯著水平的疏水污染物，例如 2,3,7,8-四氯二苯並對二噁英，這是已知的最有毒有機化合物之一。」
這些先前的發現為團隊轉向氣候應用奠定了基礎。Smectites 不僅能有效捕獲有害化合物，還是地球上最豐富的天然納米材料之一，這使它們成為廣泛環境解決方案的理想候選者。
儘管當前許多直接空氣捕集系統使用金屬有機框架或胺基吸附劑等先進且昂貴的材料——如位於冰島的 Climeworks Orca 設施所示——Johnston 的團隊則專注於更簡單且潛在更便宜的解決方案。
Saponite 黏土在乾燥空氣條件下表現最佳
研究人員在測試中使用濕度作為控制因素，而不是依賴許多碳捕集系統所需的熱量或壓力。他們發現 saponite 在低濕度環境中捕獲 CO₂ 的表現非常出色。這一發現通過光譜學和重力技術得到了證實。
這是首個已知的研究報告，指出一種黏土礦物能夠在環境 CO₂ 濃度下同時吸收二氧化碳和水蒸氣。這為這些被忽視的礦物可能提供可擴展的碳移除解決方案提供了新的見解。
Johnston 已經撰寫了近 200 篇科學論文，其中許多探討土壤礦物與環境污染物和氣體的相互作用。他認為這一發現為新型碳捕集技術打開了大門，無論是減少工業排放還是將 CO₂ 存儲在地下以進行長期封存。
他指出：「這項工作可能擴展吸附材料的組合，以應對地球上最具挑戰性的問題之一。黏土可能成為一種廉價、可獲得且豐富的資源，用於從空氣中吸附二氧化碳，並成為應對氣候變化的有力工具。」
這項研究已發表於《物理化學期刊 C》。
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