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【科學講堂】捕獲二氧化碳 遏暖化製燃料

2018-06-13

碳酸鈣「扣留」碳 遇熱可循環再用

近半個世紀,全球暖化一直是我們關注的問題。在過去數年間,這個問題的嚴重性及迫切性,好像愈來愈明顯,不知道大家有否察覺,涼快的日子愈來愈少,炎熱的時間愈來愈長,而且氣溫屢創新高?地球溫度上升,導致南北兩極的冰層大量融化,使全球水位上漲,令馬爾代夫及馬來西亞等低窪國家,面臨愈來愈嚴重的水災問題。全球暖化更影響了地球的氣候,引發氣候變遷,以致極端的天氣在全球不同的地區出現。有科學家近年致力研究從空氣中收集二氧化碳,並製作成燃料。

碳酸鈣能儲碳

當大氣層積聚過多二氧化碳,限制了部分能量由地球向太空散失,這部分能量積聚在大氣層中,從而導致全球氣候暖化問題。然而,我們除了減低碳排放外,能否更主動一些去解決這個問題?

哈佛大學物理學家David Keith及其研究團隊,一直探討如何在合理成本下,直接從空氣中收集二氧化碳。這種被稱為DAC(Direct Air Capture)的技術,首先參考工業用冷卻塔的設計,用巨大的風扇,將空氣吹過含有氫氧化鈣的溶液。這種溶液會和二氧化碳發生化學反應,從而「扣留」空氣中的二氧化碳,變成碳酸鈣。

由於碳酸鈣不容易溶於水,因此能在水中沉澱易被收集,稍後只要被加熱(在日常大氣壓力之下需要攝氏800度至900度),便會變回二氧化碳及氧化鈣(俗稱生石灰)。

氧化鈣可以重新加進水中,還原為最初的氫氧化鈣溶液,繼續循環使用;與此同時我們亦收集到高濃度的二氧化碳了。

加拿大設廠收集二氧化碳

Keith和他的夥伴在2015年「小試牛刀」,在加拿大開設一個小工廠,將研究成果付諸實行。由於他們主要使用現有技術,有信心將工廠提升至更大規模。根據工廠過去三年的數據,他們預期擴充規模後,收集二氧化碳的成本,每噸由94美元至232美元不等。

他們更嘗試利用收集到的二氧化碳去製造汽油、柴油等燃料,成本有希望降低至每公升約1美元。雖然還是比現有的許多燃料昂貴,不過已經相差不遠了。

銅及太陽能讓二氧化碳變酒精

近年也有不少研究,探索將二氧化碳轉化為酒精以作燃料之用。現時已發現銅特別適合作為催化劑,以「催促」二氧化碳「大變身」。在納米技術已十分成熟的這個年代,科學家能把銅原子仔細排列,以找出最有效的排序。

2016年美國橡樹嶺國家實驗室(Oak Ridge National Laboratory),利用他們設計的催化劑,再施加電力,令已溶於水的二氧化碳轉為酒精;其得出的數量是理論預期的百分之六十三,可算是十分不錯。

去年美國的勞倫斯伯克利國家實驗室(Lawrence Berkeley National Laboratory)亦成功利用太陽能將二氧化碳和水變為酒精,展示了這種「人工光合作用」的可行性。

作者簡介:張文彥 香港大學土木及結構工程學士。短暫任職見習土木工程師後,決定追隨對科學的興趣,在加拿大多倫多大學取得理學士及哲學博士學位,修讀理論粒子物理。現任香港大學理學院講師,教授基礎科學及通識課程,不時參與科學普及與知識交流活動。

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