【化學應用】把二氧化碳變成碳奈米纖維

■美國一個研究團隊發現了一個簡單便宜的方法,可以把空氣中的二氧化碳變成碳奈米纖維。

photo credit: It could apparently return us to pre-Industrial Revolution levels. Tom Wang/Shutterstock.
photo credit: It could apparently return us to pre-Industrial Revolution levels. Tom Wang/Shutterstock.

撰文|陳勁豪

空氣中存有一定比例的二氧化碳,不過近年來因為人類工業化進展過快,空氣中的二氧化碳含量比率快速增高,引起了各國重視。二氧化碳難濃度過高最顯著的問題之一就是會引起溫室效應,使得地球溫度逐漸升高,進而引起氣候異常。這對全人類而言都是不可躲避的重要問題,因此各國紛紛採取行動,希望減低碳排放量,以減緩溫室效應的發生。不過減低碳排放量並不是那麼容易的事情,工業界需要控制工廠排出的廢氣,汽機車需要更有效的使用燃料,這些都會引起許多既得利益者的反彈。

如果減低碳排放量如此困難,那麼換個方法,直接把空氣中的二氧化碳回收使用呢?美國George Washington University的Stuart Licht開發了一種新的方法,可以便宜有效的把空氣中的二氧化碳轉換為碳奈米纖維。

碳奈米纖維(carbon nanofibers, CNFs)可以應用在複合材料上做成防彈背心,人工肌肉等應用,或是作為掃描式顯微鏡的探針,可以說是相當多用途的材料。

Licht他們的新方法是把碳酸鹽加熱到攝氏750度熔化後,通電作為電解液。這時把空氣導入,空氣中的二氧化碳便會被分解,而以碳奈米纖維的形式出現在以不鏽鋼製成的電極上。接下來只要把累積的碳奈米纖維取下來就可以了。

他們這個方法最大的優點是所需要的能量不高。他們利用高效率的太陽能電池來提供反應所需要的電能並把電解室的溫度提高到反應溫度。Licht估計,整套反應所需要的電能花費大約是每噸1000美金。以目前碳奈米纖維的售價大約一克一美金而言,幾乎是電力成本的一千倍,如果可以改進反應效率,變成一本萬利並不是不可能的事情。另一方面,這個計畫幾乎不需要材料費,因為所需的原料就是空氣。整個過程幾乎等於是無本生意,所以他們把這個計畫稱為「天上掉下來的鑽石(diamonds in the sky)」。當然碳奈米纖維不是鑽石,不過反正兩者的組成成份都是碳,所以就這麼用了吧。

這個無本生意另一個可能的貢獻是直接解決大氣中二氧化碳含量過高的問題。他們估計,如果建造一組相當於薩哈拉沙漠十分之一面積的轉換工廠,十年後便可以有效把空氣中的二氧化碳濃度降低到工業革命前的水準。

所以如果這個方法可以大規模實現,說不定真的可以把二氧化碳拿來換錢,真正實現廢物利用。

參考資料
1. Phys.org 2015/08/19: 'Diamonds from the sky' approach turns CO2 into valuable products
2. IFLScience 2015/08/19: Turning Atmospheric CO2 Into Carbon Nanofibers Could Reduce Global Warming

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作者:陳勁豪 科教中心特約寫手,從事科普文章寫作。2011年於美國紐約州立石溪大學(SUNY at Stony Brook)取得博士學位,研究主題為相對論性重離子碰撞(Relativistic Heavy Ion Collision)。長期擔任中文科學新聞網站「科景」(Sciscape.org)總編輯。

 

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