奈米過濾技術突破！解決二氧化碳捕獲與轉換的關鍵瓶頸

在對抗氣候變遷的戰役中，如何有效移除大氣中的二氧化碳一直是科學家們亟需解決的難題。現有技術面臨一個兩難困境：能高效捕獲二氧化碳的化合物往往難以釋放，而容易釋放的化合物捕獲效率卻不佳。這種相互制約的關係，讓碳捕獲系統的整體效能大打折扣。

麻省理工學院的研究團隊近期發表在《ACS能源快報》的研究成果，為這個難題帶來突破性解方。他們運用奈米級過濾薄膜作為中介步驟，成功將電化學二氧化碳捕獲與釋放的效率提升六倍，同時降低至少20%的成本。這項研究由機械工程系教授Kripa Varanasi帶領博士生團隊共同完成。

Varanasi教授強調：「要真正解決碳捕獲問題，我們必須從規模化角度思考。處理數十億噸級的二氧化碳，才能產生實質影響。這種思維幫助我們找出關鍵瓶頸，並設計出具有實際影響力的創新方案。」

傳統碳捕獲系統通常使用氫氧化物作為化學媒介，這些物質會與二氧化碳結合形成碳酸鹽。在電化學單元中，碳酸鹽再與酸反應生成水和純二氧化碳。然而，捕獲階段需要高濃度氫氧化物溶液，釋放階段卻需要高濃度碳酸鹽溶液，這種矛盾導致系統難以同時達到最佳效率。

研究團隊的創新之處在於引入奈米過濾薄膜作為中介步驟。這種薄膜能根據離子電荷差異（碳酸鹽帶2個電荷，氫氧化物帶1個電荷），將兩者有效分離。分離後的氫氧化物可迴流至捕獲端，碳酸鹽則進入釋放階段，使系統兩端都能在最佳條件下運作。

Rufer博士解釋：「如果沒有分離這兩種離子，系統會將質子消耗在氫氧化物上而非碳酸鹽，導致只產生水而非二氧化碳。這就是效率流失的關鍵。我們首次提出運用奈米過濾來解決這個問題。」實驗證實，這種方法能達到約95%的分離效率。

經濟效益分析顯示，現有系統每噸二氧化碳捕獲成本至少600美元，加入奈米過濾技術後可降至450美元。更重要的是，新系統穩定性大幅提升，即使在溶液離子濃度波動情況下仍能保持高效運作。Rufer博士形容：「傳統系統就像在刀鋒上行走，稍有偏差效率就急遽下降。而我們的奈米過濾系統就像緩衝器，提供更寬廣的操作範圍。」

這項技術不僅適用於直接空氣捕獲系統，也能應用於電廠等點源排放處理，甚至延伸至二氧化碳轉化為燃料或化學原料的後續製程。Varanasi教授指出：「這項突破還能促進更安全的碳捕獲化學方法開發，讓我們可以選擇對環境更友善的吸收劑。」

特別值得一提的是，這項技術完全採用現有商業化裝置，能輕鬆改裝至現有碳捕獲設施。研究團隊預期，若能將成本進一步降至每噸200美元，將具備大規模商業化潛力。Rufer博士補充：「目前碳權交易價格已超過每噸500美元，以我們預估的成本來看，現階段就具備商業可行性。」

面對日益成長的市場需求，Varanasi教授總結道：「我們的目標是提供產業界可擴充套件、經濟高效且可靠的技術方案，幫助他們直接達成減碳目標。」這項創新技術無疑為全球減碳行動注入一劑強心針。

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