科學家最近發現了一種更冷的方式來應對氣候變化，字面上的冷。
喬治亞理工學院的研究團隊開發了利用極冷空氣和廣泛可用的多孔吸附材料來更高效和經濟地捕捉 CO₂ 的技術。他們的方法利用液化天然氣（LNG）中通常在工業過程中浪費的冷能，來增強使用名為物理吸附劑的多孔材料進行的碳捕捉。
喬治亞理工學院化學與生物分子工程學院的瑞安·利夫利教授表示：「這是一個令人振奮的進展。我們展示了可以使用現有基礎設施和安全、低成本材料以低成本捕捉碳。」
傳統的直接空氣捕捉（DAC）系統依賴於使用胺基材料的化學反應，這些系統成本高、耗能大且容易隨時間退化。而物理吸附劑則是通過物理方式吸收氣體，無需化學鍵合，提供更快的吸收速度、更長的使用壽命和更低的能量需求，但通常在溫暖潮濕的空氣中表現不佳。
該團隊重新利用 LNG 再氣化過程中的極低溫，將環境空氣冷卻至接近低溫的水平。這種冷卻自然去除了空氣中的水蒸氣，為物理吸附劑的有效運行創造了理想條件，無需額外的高能耗乾燥步驟。
研究顯示，像 Zeolite 13X 和 CALF-20 這些材料在約 -78°C 的溫度下表現特別出色，捕捉的 CO₂ 數量是傳統材料在室溫下的三倍。它們還能以低能量輸出釋放捕獲和純化的 CO₂，使其在實際應用中具有吸引力。
Zeolite 13X 是一種廉價且耐用的乾燥劑材料，用於水處理，而 CALF-20 則是一種金屬有機框架（MOF），以其穩定性和從煙氣中捕獲 CO₂ 的性能而聞名，但在空氣中表現不佳。
該研究的首席作者、利夫利實驗室的博士後研究員金瑞尹表示：「除了高 CO₂ 容量外，這兩種物理吸附劑還具備低脫附焓、成本效率、可擴展性和長期穩定性等關鍵特性，這些都是實際應用所必需的。」
經濟模型顯示，這種方法可以將 DAC 的成本降低到每公噸 $70 / 約 HK$ 546，這是目前成本的三分之一以下，可能徹底改變大規模碳去除的經濟性。
通過利用現有的 LNG 基礎設施，這種方法還可以將 DAC 部署擴展到世界各地的溫帶和沿海地區，而不僅限於乾燥、寒冷的區域。
利夫利表示：「LNG 再氣化系統目前是一個未開發的冷能來源，沿海地區的終端以大規模運行。通過利用其冷能的一部分，我們有可能在 2050 年每年捕獲超過 1 億公噸的 CO₂。」
隨著朝著淨零排放的競賽加劇，結合 LNG 的近低溫 DAC 提供了一個引人注目且可擴展的解決方案。研究團隊的下一步包括改進材料和優化系統設計，以確保在工業規模下的長期性能。
該研究還顯示，近低溫條件顯著擴大了適合 DAC 的材料範圍，遠超過在環境條件下可用的有限選擇。
馬修·瑞爾夫教授表示：「許多之前被認為不適合 DAC 的物理吸附劑在降低溫度後突然變得可行，這為碳捕獲材料開啟了一個全新的設計空間。」
該研究已發表在期刊《能源與環境科學》中。
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