現(xiàn)在，麻省理工學院(MIT) 的一組研究人員找到了一種控制甲烷排放并將其從空氣中去除的非凡方法，使用一種廉價且豐富的粘土，稱為沸石。這些發(fā)現(xiàn)已發(fā)表在《ACS Environment Au》 號上，由博士生Rebecca Brenneis、副教授Desiree Plata 和另外兩人撰寫的一篇文章中。

Plata 表示，雖然許多人將大氣中的甲烷與石油和天然氣的鉆探和水力壓裂聯(lián)系在一起，但這些來源僅占全球甲烷排放量的18% 左右。絕大多數(shù)甲烷排放來自刀耕火種農(nóng)業(yè)、奶牛養(yǎng)殖、煤炭和礦石開采以及濕地和永久凍土融化等來源。 “進入大氣中的許多甲烷來自分布式、擴散源，因此我們開始考慮如何將其從大氣中去除，”她說。

研究人員發(fā)現(xiàn)的答案是一些廉價的東西——事實上是一種特殊的“泥土”或粘土。他們使用沸石粘土，這是一種目前用于制造貓砂的非常便宜的材料。研究小組發(fā)現(xiàn)，用少量銅處理沸石可以使該材料非常有效地從空氣中吸收甲烷——即使?jié)舛葮O低。

盡管在工程細節(jié)上還有很多工作要做，但該系統(tǒng)在概念上遠非簡單。在實驗室測試中，類似于貓砂的銅強化沸石材料的微小顆粒被填充到反應(yīng)管中，然后甲烷含量為百萬分之二至二的氣體流過反應(yīng)管。從外面加熱。該范圍涵蓋了大氣中可能存在的所有物質(zhì)，低至無法燃燒或直接燃燒的亞易燃水平。

普拉塔指出，與其他從空氣中去除甲烷的方法相比，該過程有幾個優(yōu)點。其他方法往往使用昂貴的催化劑，例如鉑或鈀，其需要至少600 攝氏度的高溫，并且由于甲烷和氧氣的存在，通常需要富甲烷氣流和富氧氣流之間的復(fù)雜循環(huán)。單獨和組合。它們都是高度易燃的，因此這意味著更復(fù)雜的設(shè)備和更大的風險。

布倫尼斯說：“這些反應(yīng)堆的運行溫度高達600 度，因此在甲烷周圍幾乎是危險的?！?“他們通過創(chuàng)造一種會發(fā)生爆炸的情況來解決這個問題。”高工作溫度也會引起其他工程復(fù)雜性。毫不奇怪，這樣的系統(tǒng)沒有多大用處。

至于新流程，“我認為我們?nèi)匀粚λ倪\作效果感到驚訝，”普拉塔說。該過程似乎在約300 攝氏度時達到最高效率，與其他甲烷捕獲過程相比，該過程所需的熱能要少得多。它還可以在比其他方法更低的甲烷濃度下工作，甚至低至1%，這是大多數(shù)方法無法去除的，并且是在空氣而不是純氧中進行的，這對于現(xiàn)實世界的部署非常重要。是一個主要優(yōu)勢。

這種方法將甲烷轉(zhuǎn)化為二氧化碳，考慮到全世界都在努力減少二氧化碳排放，這聽起來可能是一件壞事。 “很多人一聽到‘二氧化碳’就會驚慌失措；他們說‘這很糟糕’，”普拉塔說。但她指出，二氧化碳對大氣的影響比甲烷小得多，后者作為溫室氣體的作用在頭20 年中大約強80 倍，在1 世紀大約強25 倍。這種效應(yīng)是由于甲烷在大氣中隨著時間的推移自然轉(zhuǎn)化為二氧化碳這一事實造成的。她說，通過加快這一進程，這種方法將顯著減少近期氣候影響。此外，即使將大氣中一半的甲烷轉(zhuǎn)化為二氧化碳，二氧化碳的含量也會增加不到百萬分之一（約占當今大氣中二氧化碳的0.2%），同時節(jié)省約16% 的總量輻射變暖。

研究小組認為，此類系統(tǒng)的理想位置是甲烷來源相對集中的地方，例如乳制品倉庫和煤礦。這些來源往往已經(jīng)擁有強大的空氣處理系統(tǒng)，因為甲烷的積累可能會引發(fā)火災(zāi)、健康和爆炸。為了克服懸而未決的工程細節(jié)，該團隊剛剛從美國能源部獲得了200 萬美元的撥款，以繼續(xù)開發(fā)在這些類型的場地去除甲烷的特定設(shè)備。

“開采空氣的主要優(yōu)勢是我們輸送了大量空氣，”她說。 “你必須吸入新鮮空氣，以便礦工呼吸并降低濃縮甲烷爆炸的風險。因此，礦井中流動的空氣量是巨大的。”她接著指出，甲烷的濃度太低而無法點燃，但它正處于催化劑的最佳點。

使該技術(shù)適應(yīng)特定位置應(yīng)該相對簡單。普拉塔表示，團隊在測試中使用的實驗室設(shè)置“僅包含幾個組件，而牛棚中使用的技術(shù)可能非常簡單”。然而，大量氣體在粘土中不容易流動，因此下一步的研究將集中于如何將粘土材料構(gòu)造成多尺度、分層結(jié)構(gòu)以幫助空氣流動。

斯坦福大學地球系統(tǒng)科學教授羅布·杰克遜說：“我們需要新技術(shù)來氧化甲烷，使其濃度低于火炬和熱氧化劑中使用的濃度?！?“目前還沒有一種經(jīng)濟有效的技術(shù)可以氧化濃度低于約2,000 ppm 的甲烷?！彼麤]有參與這項研究。

此外，他補充道：“關(guān)于擴大這項工作以及所有類似的工作，仍然存在許多問題。催化劑在現(xiàn)場條件下劣化的速度有多快？我們能否獲得更接近環(huán)境條件的所需溫度？在處理時，這項技術(shù)的可擴展性如何？空氣？

新系統(tǒng)的一個潛在的主要優(yōu)點是涉及釋放熱量的化學過程。通過催化氧化甲烷，該過程實際上是無焰燃燒的一種形式。如果甲烷濃度高于0.5%，釋放的熱量大于啟動該過程所需的熱量，可用于發(fā)電。

普拉塔指出，該團隊的計算表明，“在煤礦中，你有潛力產(chǎn)生足夠的熱量來發(fā)電，達到發(fā)電廠的規(guī)模，這是非常了不起的，因為這意味著該設(shè)備可以收回成本?！贝蠖鄶?shù)空氣捕獲解決方案需要花費大量資金并且永遠不會盈利。 “我們的技術(shù)有一天可能會成為反例。”

此外，她表示，通過利用新的資助，“在接下來的18 個月里，我們的目標是證明這一技術(shù)可以在現(xiàn)場發(fā)揮作用”，因為現(xiàn)場的條件可能比實驗室更具挑戰(zhàn)性。最終，他們希望創(chuàng)建一種與現(xiàn)有空氣處理系統(tǒng)兼容的設(shè)備，并且可以簡單地作為附加組件添加到位。普拉塔說：“煤礦的申請是要達到三年內(nèi)可以將其移交給商業(yè)建筑商或用戶的階段?！?