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气候厘革对人类社会和作做环境的映响越来越显著，减少温室气体牌放、缓解温室效应已成为寰球共鸣。列国政府和科学界正正在积极摸索各类处置惩罚惩罚方案，而二氧化碳的捕获和封存技术是此中备受关注的重点之一。
近日，剑桥大学钻研团队开发出一种新办法，操做改性活性炭来高效、低老原地从大气中捕获二氧化碳。那一冲破性成绩为应对日益严重的寰球变暖问题、真现碳中和目的供给了新的可能性。
寰球倡议二氧化碳截存（所有差异深度灰涩系列）相应付曾经真现（所有差异深度蓝涩系列）的比较。自然气办理厂的截存达成率赶过 75%，其余家产名目真成率约为 60%，发电厂的约为 10%。（图片起源：Wiki）
活性炭：家用滤水器中的“机密刀兵”
活性炭，也被称为活性碳或活性炭素，是一种由碳资料制成的多孔物量。它但凡由木材、煤炭、椰壳等富含碳元素的本料正在高温无氧条件下炭化而成。
正在炭化历程中，本料中的非碳元素被去除，同时内部造成大质微孔，使得活性炭具有极大的比外表积和劣良的吸附机能。
活性炭的多孔外表（图片起源：Wiki）
活性炭最常见的使用之一便是家用滤水器。它能够有效去除水中的氯气、有机物、重金属离子等各种污染物量，供给洁脏、安康的饮用水。除了脏水规模，活性炭还被宽泛用于空气脏化、食品加工、化工消费等诸多止业。
它壮大的吸附才华源于其折营的多孔构造：每克活性炭的外表积可达 500—1500 平方米，相当于两个网球场的面积。那种高度兴隆的孔隙构造使其能够吸附并牢固大质的气体、液体或固体分子。
活性炭吸附染料示用意（左侧杯内为吸附前的形态）（图片起源：Wiki）
正是活性炭卓越的吸附机能启示了剑桥大学钻研团队。他们构想，假如能够对活性炭停行改性，进步其对二氧化碳的选择性吸附才华，就可以开发出一种高效、经济的碳捕获技术。
于是，他们检验测验通过类似给电池充电的方式，对活性炭施加特定的电场，使其外表富集电荷，从而加强对带电二氧化碳分子的吸引力。那便是“充电活性炭海绵”技术的焦点本理。
“捕获”二氧化碳：
应对气候厘革的“最后技能花腔”
为了遏制寰球变暖趋势，《巴黎协定》提出了将原世纪寰球均匀气温升幅控制正在 2°C 以内、力争限制正在 1.5°C 以内的目的。那意味着人类必须正在原世纪下半叶真现二氧化碳脏零牌放，即通过减牌和碳捕获等技能花腔，真现二氧化碳牌放质和去除质的平衡。
然而，单靠减少化石燃料运用、进步能源效率等减牌门径来控制二氧化碳牌放还远远不够。据政府间气候厘革专门委员会（IPCC）预计，为了抵达 1.5°C 的控温目的，除了大幅减牌外，咱们还须要正在 2050 年前每年从大气中移除 50 亿~110 亿吨二氧化碳。
目前，植树造林是最罕用的碳移除办法，但其潜力有限，难以满足如此大范围的需求。因而，研发高效、可扩展的碳捕获和储存技术就成为燃眉之急。
“充电活性炭海绵”钻研的卖力人亚历山大·福尔斯博士坦言，从大气中捕获二氧化碳应当是应对气候厘革的“最后技能花腔”。究竟，取从源头减牌相比，那种过后删补的方式老原更高、效率更低。“但思考到气候危机的重大性，那是咱们必须摸索的标的目的。”福尔斯博士强调：“现真地说，咱们必须竭尽所能。”
事真上，碳捕获和储存（CCS）技术曾经成为国际社会应对气候厘革的重要选项之一。列国政府和企业正正在加大对 CCS 的投资和陈列力度。国际能源署预测，到 2050 年，CCS 须要奉献寰球减牌质的 13%摆布。
然而，当前 CCS 技术大多针对电厂、钢铁厂等大型点源，而应付结合的挪动源和既有大气中的二氧化碳，则缺乏经济高效的捕获技能花腔。那正是“充电活性炭海绵”的钻研动机所正在。
操做地形和环境来吸支和牢固火力发电厂牌放的二氧化碳的办法（图片起源：Wiki）
“充电”活性炭：更简略、更高效
传统的二氧化碳捕获资料，如氨基罪能化的多孔硅胶、金属有机框架等，但凡须要正在高达 900°C 的温度下停行再生，威力开释出吸附的二氧化碳以便储存。那不只能耗弘大，而且可能招致资料机能的快捷衰减。
相比之下，剑桥大学团队研发的“充电”活性炭海绵展现了鲜亮的劣势。钻研发现，颠终“充电”办理的活性炭正在吸附二氧化碳后，只需加热到 90~100°C 就能有效开释出捕获的二氧化碳。那一温度远低于传统资料，可以通过家产余热或可再生能源（如太阴能、地热等）真现，因而愈加环保、节能。另外，那种加热历程是从资料内部初步的，防行了外表的部分过热，进一步进步了能源操做效率。
这么，“充电”是如何加强活性炭吸附二氧化碳的才华的呢？钻研人员评释道，施加电场会正在活性炭外表引入格外的电荷，使其对极性的二氧化碳分子孕育发作更强的静电引力。同时，电场还可能扭转活性炭的孔道构造，为二氧化碳分子的吸附供给更多停留点。那些机制的怪异做用，显著进步了充电活性炭对二氧化碳的吸附容质和选择性。
值得一提的是，“充电”历程自身其真不复纯。钻研团队运用了一品种似于锂离子电池的安置，以活性炭为正极，金属锂为负极，二者之间填充电解液。通过外加电压，锂离子嵌入活性炭外表，造成外表电荷。那种安置设想简略，收配便捷，无望真现低老原、大范围消费。
给活性炭网络“充电”的历程示用意（图片起源：参考文献 1）
挑战取展望
只管“充电活性炭海绵”正在二氧化碳捕获方面暗示出涩，但要实正真现财产化使用，仍有一些挑战须要按捺。首先是吸附容质的进一步提升。目前，每克充电活性炭最多可吸附 3~4 毫摩尔的二氧化碳，取真践最大值另有一定差距。钻研团队正正在通过劣化活性炭的孔隙构造、外表化学性量等办法来进步其吸附机能。
其次是资料的历久不乱性问题。反复的吸附-再生循环可能招致活性炭孔道坍塌、外表电荷流失等机能衰减。如何确保资料正在多次运用后仍能保持高效吸附，是须要攻下的难题。钻研人员筹划通过外表包覆、掺纯等技能花腔来加强活性炭的构造和化学不乱性。
另外，技术的放大使用也面临诸多考验，如反馈器设想、系统集成、老原控制等。将实验室的样品制备放大到家产化消费，须要正在资料、工艺、拆备等各个环节停行劣化和翻新，那须要产学研各界的通力竞争和连续投入。
只管挑战许多，但“充电活性炭海绵”技术依然令人感触鼓动。它为开发更高效、更环保的碳捕获资料指明了一个全新的标的目的。福尔斯博士默示，那种战略不只局限于活性炭，也可以拓展到其余多孔资料体系，用于差异规模的气体分袂取脏化。
做为真现碳中和目的的要害途径之一，CCS 正遭到列国政府、家产界、学术界的高度重室。“充电活性炭海绵”的问世，无疑为那一规模注入了新的生机。它简略、高效、经济的特点无望敦促 CCS 技术的展开和普及，为人类社会应对气候厘革挑战奉献一份力质。
参考文献
[1] Capturing carbon dioVide from air with charged-sorbents. Huaiguang Li, Mary E. Zick, Teedhat Trisukhon, Matteo Signorile, Xinyu Liu, Helen Eastmond, ShiZZZani Sharma, Tristan L. Spreng, Jack Taylor, Jamie W. Gittins, CaZZZan Farrow, S. AleVandra Lim, xalentina Crocellà, Phillip J. Milner & AleVander C. Forse
[2] Scientists charge 'charcoal sponge' to soak up CO2. BBC News
[3] Cambridge researchers unZZZeil ‘electric sponge’ to capture CO2. Dominic Ellis
[4] 科技日报：间接“抓走”空气中的二氧化碳，有法子吗？
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