更有效、易普及 科學家發現從大氣中收集二氧化碳的新方法

環境資訊中心外電;姜唯 翻譯;林大利 審校;稿源:ENS

麻省理工學院(MIT)開發出一種可從空氣中去除二氧化碳的新方法,有機會成為對抗氣候變遷的利器。

要從其他氣體流中去除二氧化碳,大多數方法都需要相當高的濃度,如化石燃料發電廠排煙管的濃度,而MIT的新技術可以應用在幾乎任何濃度的二氧化碳,甚至可低至400ppm。研究人員說,目前已經有一些可應用於低濃度的新技術,但是MIT的新方法耗能較低、成本也較低。

MIT博士後研究員沃斯基安(Sahag Voskian)在博士班期間開發出這個系統。他和化工學系教授哈頓(T. Alan Hatton)將本研究。

這個新技術的基本流程是讓空氣通過一組帶電的電化學板。整個設備是個可從空氣或其他氣體流中吸收二氧化碳的大型特殊電池,充電時空氣流過其電極,放電時釋放出氣體。

運作時,該設備就是不斷重複充電跟放電,充電時將新鮮空氣或原料氣體吹入系統,放電過程中吹出純濃縮二氧化碳。

隨著電池充電,電極堆中每一個電極的表面發生電化學反應。這些電極上塗著奈米碳管複合而成的聚蒽醌(polyanthraquinone)。這些電極對二氧化碳具有天然的親和力,即使在濃度很低的情況下也很容易與空氣或進料氣體中的分子發生反應。

電池放電時會發生逆反應。在此過程中,該設備可以提供整個系統所需的部分電源,並且可以噴射出純的二氧化碳。整個系統在室溫和正常氣壓下運行。

沃斯基安解釋:「與大多數其他碳捕獲或碳吸收技術相比,這個技術的最大優勢是吸附劑對二氧化碳的親和力具有二元性質。」

也就是說,電極材料的性質「要不親和力很高,要不沒有親和力」,取決於電池的充電或放電狀態。其他碳捕獲技術的反應則需要中間化學處理步驟或熱量、壓力差等能量輸入。

「這種二元親和力可以捕獲任何濃度的二氧化碳,包括400ppm,並可釋放到任何載流中,包括100%二氧化碳。」

讓空氣通過一組帶電的電化學板,即可輕易地吸取二氧化碳。

部分軟性飲料裝瓶廠會燃燒化石燃料以產生二氧化碳,用於製作氣泡飲料。同樣地,有些農民會燃燒天然氣產生二氧化碳,飼育溫室裡的植物。沃斯基安說,新系統可以讓這些應用不再需要化石燃料,也可以將溫室氣體從空氣中清除。

或者也可以將純二氧化碳氣流壓縮,注入地下以進行長期處理,甚至透過一系列化學和電化學過程製成燃料。

沃斯基安說,這個系統捕獲和釋放二氧化碳的過程都是革命性的進展,「所有過程都在室溫發生,不需要熱、壓力或化學輸入,只需這些兩個表面都能作用的薄片,可以堆疊在盒子中並接上電源。」

在工廠中,像是會不斷產生廢氣的發電廠,可以並排設置兩組這樣的電化學電池堆同時交替運作,將煙氣導向第一組進行碳捕集,第一組進入放電狀態時就導到第二組,如此系統可以一直同時捕獲和排出氣體。

在實驗室中,該團隊已經證明該系統可以承受至少7,000次充放電循環,在這段時間內效率損失30%。研究人員估計,他們可以輕鬆地將其提高到20,000至50,000個循環。

電極本身可以用標準化學處理方法製造。沃斯基安說,雖然目前製造工作仍是在實驗室環境中完成,但可以調整成用類似報紙印刷機的卷對卷製造工藝大量生產。他說:「我們已經開發出非常具有成本效益的技術,」他估計,這種材料的生產成本大約為每平方公尺的電極數十美元。

與其他現有的碳捕獲技術相比,該系統能源效率很高,每捕獲一噸二氧化碳使用約10億焦耳(1 GJ)的能量,而且始終如一。沃斯基安說,其他現有方法的能耗依進氣二氧化碳濃度不同,每噸介於10億到100億焦耳(10 GJ)之間。

研究人員成立了一家名叫Verdox的公司,以將該技術商業化,並希望在未來幾年內打造出先導性規模的工廠。該系統非常容易擴展。沃斯基安說:「如果需要更大的容量,只需要製造更多的電極即可。」

MIT Engineers Find New Way to Remove CO2 From Air CAMBRIDGE, Massachusetts, October 29, 2019 (ENS)

A new way of removing the greenhouse gas carbon dioxide (CO2) from a stream of air could provide a valuable tool in the battle against climate change say the engineers at the Massachusetts Institute of Technology, MIT, who developed the new system.

It can work on the heat-trapping gas at virtually any concentration level, even down to the roughly 400 parts per million currently found in the atmosphere.

Most methods of removing CO2 from a stream of other gases require higher concentrations, such as those found in the flue emissions from fossil fuel-based power plants. A few variations have been developed that can work with the low concentrations found in air, but the new method is less energy-intensive and expensive, the researchers say.

The technique, based on passing air through a stack of charged electrochemical plates, is described in a new paper in the journal “Energy and Environmental Science,” by MIT postdoc Sahag Voskian, who developed the work during his PhD, and T. Alan Hatton, the Ralph Landau professor of chemical engineering.

The device is a large, specialized battery that absorbs carbon dioxide from the air, or other gas stream, passing over its electrodes as it is being charged up, and then releases the gas as it is being discharged.

In operation, the device would simply alternate between charging and discharging, with fresh air or feed gas being blown through the system during the charging cycle, and then the pure, concentrated carbon dioxide being blown out during the discharging.

As the battery charges, an electrochemical reaction takes place at the surface of each of a stack of electrodes. These are coated with a compound called polyanthraquinone, which is composited with carbon nanotubes. The electrodes have a natural affinity for carbon dioxide and readily react with its molecules in the airstream or feed gas, even when it is present at very low concentrations.

The reverse reaction takes place when the battery is discharged. During this process, the device can provide part of the power needed for the whole system, and it ejects a stream of pure carbon dioxide. The whole system operates at room temperature and normal air pressure.

“The greatest advantage of this technology over most other carbon capture or carbon-absorbing technologies is the binary nature of the adsorbent’s affinity to carbon dioxide,” explains Voskian.

In other words, the electrode material, by its nature, “has either a high affinity or no affinity whatsoever,” depending on the battery’s state of charging or discharging. Other reactions used for carbon capture require intermediate chemical processing steps or the input of energy such as heat or pressure differences.

“This binary affinity allows capture of carbon dioxide from any concentration, including 400 parts per million, and allows its release into any carrier stream, including 100 percent CO2,” Voskian says.

In some soft-drink bottling plants, fossil fuel is burned to generate the carbon dioxide needed to give the drinks their fizz. Similarly, some farmers burn natural gas to produce carbon dioxide to feed their plants in greenhouses. The new system could eliminate that need for fossil fuels in these applications, and in the process actually be taking the greenhouse gas right out of the air, says Voskian.

Alternatively, the pure CO2 stream could be compressed and injected underground for long-term disposal, or even made into fuel through a series of chemical and electrochemical processes.

The process this system uses for capturing and releasing carbon dioxide “is revolutionary,” Voskian says. “All of this is at ambient conditions – there’s no need for thermal, pressure, or chemical input. It’s just these very thin sheets, with both surfaces active, that can be stacked in a box and connected to a source of electricity.”

In a working plant, for example, in a power plant where exhaust gas is being produced continuously, two sets of such stacks of the electrochemical cells could be set up side by side to operate in parallel, with flue gas being directed first at one set for carbon capture, then diverted to the second set while the first set goes into its discharge cycle.

By alternating back and forth, the system could always be both capturing and discharging the gas.

In the lab, the team has proven the system can withstand at least 7,000 charging-discharging cycles, with a 30 percent loss in efficiency over that time. The researchers estimate that they can readily improve that to 20,000 to 50,000 cycles.

The electrodes themselves can be manufactured by standard chemical processing methods. While today this is done in a laboratory setting, it can be adapted so that ultimately they could be made in large quantities through a roll-to-roll manufacturing process similar to a newspaper printing press, Voskian says. “We have developed very cost-effective techniques,” he says, estimating that it could be produced for something like tens of dollars per square meter of electrode.

Compared to other existing carbon capture technologies, this system is quite energy efficient, using about one gigajoule of energy per ton of carbon dioxide captured, consistently. Other existing methods have energy consumption which varies between one to 10 gigajoules per ton, depending on the inlet carbon dioxide concentration, Voskian says.

The researchers have set up a company called Verdox to commercialize the process, and hope to develop a pilot-scale plant within the next few years. And the system is very easy to scale up. Voskian says, “If you want more capacity, you just need to make more electrodes.”

※ 全文及圖片詳見:

作者

如果有一件事是重要的,如果能為孩子實現一個願望,那就是人類與大自然和諧共存。

於特有生物研究保育中心服務,小鳥和棲地是主要的研究對象。是龜毛的讀者,認為龜毛是探索世界的美德。

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綠島海底有「嬌客」 牛港鰺不怕生還會搶鏡頭

摘錄自2019年10月31日自由時報報導

台東綠島石朗海底郵局海域最近有「嬌客」光臨,1隻體長約1公尺牛港鰺環繞優游,不怕生的和潛水客共享美麗的海底風光,還會跟著熱帶魚一起搶食飼料,飽受潛水客的喜愛,爭相捕捉大魚小魚和平共處的和諧畫面,綠島潛水業者期盼這隻「小牛」能帶動在地觀光,也呼籲大家要好好保護,勿重蹈2年前後壁湖海底明星牛港鰺阿牛,慘遭釣客捕殺的悲劇。

在地潛水業者表示,這隻牛港鰺與墾丁的阿牛相同,俗稱牛港,體型較小,屬掠食性魚類,主要以掠食小魚維生,但令人好奇的,這隻小牛遇逢成群熱帶魚,不但不會攻擊,還會跟搶食潛水客帶來的餌料。

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台中東海火化場排黑煙異味 居民想到就崩潰

摘錄自2019年11月5日自由時報台中報導

台中市東海火化場排放黑煙,附近居民苦不堪言,市議員陳淑華、謝明源、邱素貞今日要求市府「火化場零排放,做不到就搬遷」。民政局則表示,東海火化場部分火化爐及空氣污染防治設備已老舊,市府計畫自2020年至2022年間,逐年編列經費汰換設備。

陳淑華、謝明源、邱素貞質詢時指出,火化場附近居民不斷陳情別的地方空污是pm2.5、是灰塵,火化場附近卻是黑煙,還帶著異味,讓居民快崩潰。

陳淑華說,前市長胡志強時期就曾說火化場要封爐、換爐,但沒多久,還是有市民看到黑煙,市府實在很「落漆」,過去監測結果,排放數度超標,包括嚴重的戴奧辛排放,還曾經被環保局開罰,市府每年都編預算改善設備、更新設備,但沒兩年就破功。

陳淑華也痛批火化場的爐子改改換換,就像是「拼裝爐」,而且還不是每年每具監測,東海火化場有6套設備,每年監測2套,其他4套設備就沒監測,這樣的監測簡直在欺騙市民。

陳淑華說,火化場周邊人口非常稠密,就連市府都把社會住宅要搬到附近。她強烈要求市府,火化場要做到零排放,如果做不到零排放,火化場就搬離。

民政局表示,東海火化場共有12個火化爐及6套空氣污染防治設備,其中8個火化爐於2009年設置,5套空污設備於2008年至2011年間設置,皆超過使用年限,由於設備老舊導致頻繁修繕,不僅徒增設備修繕費用支出,也影響民眾治喪權益。

民政局指出,市府計畫自2020年至2022年間,逐年編列經費汰換火化爐及空污防治等設備,其中,2020年編列3923萬元,預計可汰換2個火化爐及1套空污防制設備。另外,市府生命禮儀管理處每年皆辦理空氣污染源定期自我檢測,並配合環保局不定期抽測,以維持廢氣排放均低於標準值。

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鳥嘴潭人工湖工程 環保局嚴密監控

摘錄自2019年11月5日中國時報南投縣報導

位於南投縣烏溪的鳥嘴潭人工湖,尚未開工已開始整地,由於施工期程6年,開挖面積174.2公頃,議長何勝豐擔心將造成空氣、噪音汙染,影響附近居民健康及觀光產業發展;環保局長方信雄表示,如有違失一定開罰,甚至勒令停工。

南投縣議會召開定期大會,方信雄就鳥嘴潭工程專案報告指出,鳥嘴潭人工湖施作面積大,開挖、土方運輸及主體施作,都會造成空氣汙染,並影響交通安全;由於工程期長達6年,雨季來臨時,大量泥沙和其他汙染物隨逕流橫溢,如果沒有適當防範,將會造成河道淤積,損害養殖業和農作物。

何勝豐指出,南投縣是觀光大縣,好山好水和清新的空氣,吸引遊客到訪,鳥嘴潭人工湖工程恐怕會讓草屯鎮烏煙瘴氣,大量土方運輸更波及全縣,影響觀光產業發展,縣府一定要嚴格監控。

方信雄表示,環保局除了現場檢核,並將設置遠端監控系統,即時監控工地狀況,並且使用空拍鳥瞰查核,不容許有汙染環境的情況,如有違失一定嚴格告發取締營造業主。

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改善海洋污染源 光榮水資源中心動土

摘錄自2019年11月5日自由時報澎湖報導

四面環海的澎湖群島,轄境內雖無重工業污染,但家庭污水直接排放入海,對於海洋傷害甚鉅,繼山水和西衛兩座水資源回收中心啟動運作後,第三座「光榮水資源回收中心」今日正式開工動土。

澎湖早年因缺乏污水下水道處理系統,家用生活廢水直接排入大海,對海洋生態環境造成傷害,縣府為此積極投入污水下水道系統建設計畫,除了已啟用可日處理800噸及200噸水量的西衛、山水水資源回收中心,透過積極爭取內政部營建署補助,計畫在光榮及雙湖園再各設一座水資源回收中心。

開工動土典禮由府會雙首長縣長賴峰偉、議長劉陳昭玲主持,營建署南區分處長林厚名專程跨海參加,在舞獅表演、上香、獻花進果、祈求庇佑等傳統儀式後,與會貴賓們一同用鏟,象徵工程正式開工。「澎湖縣污水下水道系統建設計畫」共分三期三區辦理,「光榮及雙湖園水資源回收中心」屬第一期第一區核心工程。

「光榮水資源回收中心」為地上2層、地下1層建築,主要處理馬公市光榮、重光、朝陽及光明四里每日約2300噸家庭污水,工期為540日曆天,預定將於110年6月完工,總工程費計1億9440萬元整,由內政部營建署核定補助。採用「MBR生物薄膜技術」與傳統生物處理系統相比,可減少用地面積,經濾膜處理後的水質極佳且穩定,可直接回收再利用,提供廠內機械設備清洗用水及冷卻用水,也可做為澆灌用水、消防用水及地下水源補注。

 

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新德里災難級霧霾籠罩 近3年最差 專家:「完美風暴」來襲

摘錄自2019年11月5日自由時報報導

印度首都新德里的空氣污染問題,近日已惡化至近三年來最嚴重程度。印度中央污染控制局監測數據顯示,新德里3日的空氣品質指標(AQI)高達436,對人體健康的影響呈現「危害」等級。美國駐新德里大使館4日測得超過500的空氣品質指標,部分地區的AQI超過800,PM2.5數值在多個地點都達到每立方公尺破千微克,是世界衛生組織健康標準的百倍以上,創下近年最嚴重紀錄。

新德里兩千萬居民中,有許多人因眼睛刺痛而怨聲載道。正在新德里拍片的印度女星琵豔卡.喬普拉(Priyanka Chopra)3日透過「Instagram」指出,空污已讓拍攝工作難以進行,她甚至很難想像新德里居民該如何與空污共處。國際機場3日受到空污影響,延遲或取消約300個航班;新德里各學校4日持續停課,首都各項建設也持續停工。當局已宣布實施車輛限行政策,單、雙數車牌在本月15日前必須分日輪流上路。

媒引述最新研究報告指出,學界早已針對這次嚴重空污做出警告,當時便曾預告將有一場「完美風暴」來襲,將空污的惡劣程度推上高峰。

新德里惡劣的災難級霧霾持續惡化,讓當局不得不緊急宣布公共衛生政策,推出臨時交通管制措施,限制道路上的汽車數量,學校陸續停課,航班亦紛紛改道,當地空氣品質指標(AQI)一度飆高至500的「危害」等級。《CNN》引述美國康乃爾大學(Cornell University)7月份發表的一項研究指出,11月的這場風暴將使大氣中的細懸浮微粒濃度飆高將近3成,且由於地形影響,鄰近喜馬拉雅山已成為天然屏障,讓空氣污染物無法向外擴散,最終演變成這場致命的污染災害。

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威尼斯大運河清出400公斤垃圾 爐具、電風扇都出現

摘錄自2019年11月5日自由時報報導

威尼斯大運河是知名觀光勝地,也是無數電影與文學作品中浪漫場景,但也面臨了都市流域常出現的垃圾問題,《俄羅斯衛星通訊社》報導,近來威尼斯進行大運河清理活動,威尼斯市政府人員表示,有8位愛好潛水,且是貢多拉船夫聯合會的貢多拉船夫,從今年2月到6月期間,從運河清出了2.5噸的垃圾。上週日他們也在威尼斯運河潛水清理,6小時清出許多奇特的垃圾,包括爐具、錄音機、吸塵器的零件、電風扇等,重達400公斤。報導指出,潛水計畫預估還有5次。

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印尼退回美國有害廢棄物 環保團體揭垃圾流落印度

摘錄自2019年10月30日中央社、東網報導

印尼今年稍早加入其他東南亞國家的行列,退回已開發國家的有害廢棄物,但有環保團體指控這是場「騙局」,許多應送回美國的有毒垃圾最後竟流落到印度等其他國家。

印尼依「巴塞爾公約」(Basel Convention),將有害廢棄物送回來源國。但國際環保組織巴塞爾行動網(Basel Action Network)及印尼環保團體Nexus3調查發現,58個來自美國的貨櫃,只有12個確實送回美國。

環保團體28日公布報告指出,他們調查70個貨櫃,其中58個來自美國,印尼拒收這些貨櫃後,這58個貨櫃有38個被送到印度、3個被送到南韓、各有1個被送到泰國、越南、墨西哥、荷蘭以及加拿大,只有12個送回美國。

印尼財政部海關發言人戴尼(Deni Surjantoro)告訴雅加達郵報,這些貨櫃從印尼輸出時,文件寫的是要送到美國,會偕同環境與森林部進一步的調查。

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