石墨烯过滤器使碳捕获更高效更便宜

EPFL 的化学工程师开发了一种用于碳捕获的石墨烯过滤器，其效率超过了商业捕获技术的效率，并且可以将碳捕获成本降低至每吨二氧化碳 30 美元。

全球变暖的罪魁祸首之一是大量二氧化碳排放到大气中，主要来自燃烧化石燃料以及钢铁和水泥的生产。作为回应，科学家们一直在尝试一种方法，可以隔离废弃的二氧化碳，将其运输到一个储存地点，然后将其存放在一个无法进入大气的地方。

问题是从发电厂和工业排放中捕获碳的成本效益不高。主要原因是排放的二氧化碳不是纯净的，而是与氮气和其他气体混合，从工业排放中提取它需要额外的能源消耗——这意味着成本更高。

科学家们一直在尝试开发一种节能的二氧化碳过滤器。这种技术被称为“膜”，可以从气体混合物中提取二氧化碳，然后将其储存或转化为有用的化学品。“然而，当前二氧化碳过滤器的性能受到当前可用材料的基本特性的限制，”EPFL 基础科学学院 (EPFL Valais Wallis) 的 Kumar Varoon Agrawal 教授解释说。

现在，Agrawal 带领一个化学工程师团队，用石墨烯开发了世界上最薄的过滤器，石墨烯是世界著名的“神奇材料”，获得了 2010 年的诺贝尔物理学奖。但石墨烯过滤器不仅是世界上最薄的，它还可以从混合气体中分离二氧化碳，例如来自工业排放的气体，并且其效率和速度超过了大多数当前的过滤器。这项工作发表在《科学进展》上。

“我们的方法很简单，”Agrawal 说。“我们在石墨烯上制造了二氧化碳大小的孔洞，它允许二氧化碳通过，同时阻挡其他气体，例如比二氧化碳大的氮气。” 结果是创纪录的高二氧化碳捕获性能。

相比之下，目前的过滤器需要超过 1000 个气体渗透单元 (GPU)，而它们的碳捕获特异性，称为“二氧化碳/氮分离因子”必须高于 20。EPFL 科学家开发的膜显示超过11,800 个 GPU 的二氧化碳渗透率高十倍，而它们的分离系数为 22.5。

“我们估计，与成本高出两到四倍的商业过程相比，这项技术将使每吨二氧化碳的碳捕获成本降低近 30 美元，”Agrawal 说。他的研究小组目前正在研究通过开发一个试点工厂演示者捕获10公斤扩大过程中的碳每天的二氧化碳，由瑞士政府和瑞士的行业资助的项目。

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