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能源化工

碳封存新招:科学家把玉米皮合成为工业原料

来源:旺报2021-05-11 00:441559

矽化木,又称石化木。 (图/quekett)

全球暖化已是人类的生存危机,现在我们需要的不只是节能减碳,还需要把大气中多余的碳给收集起来,会光合作用的植物,当然可以来帮忙,只是这个效果是暂时的,当植物枯萎后,腐化作用也就会把原本封存的碳释放回大气。现在科学家提出了一种更持久,甚至更有用的方式,将植物叶子经过化学作用,与矽合作为碳化矽(SiC),这是一种很有价值的工业材料,既固化了碳,又增加了工业材料,一举多得。

新材料期刊《RSC Advances》上刊登一篇论文,加州索尔科研究所(Salk Institute for Biological Studies)的科学家,用烟草和玉米皮(玉米外面那一层穗与叶)为原料,转化成碳化矽SiC。

碳化矽也称为金刚砂,是一种超硬材料,常用于陶瓷,砂纸,半导体和LED。他们相信这个工法在商业化之后,可以成为碳封存的一种途径。

其实,科学家的研究灵感来自大自然,在自然界中,有一种独特的化石称为「矽化木」(大陆写作硅化木),它的外表与木材无异,但是在地底环境中,高温高压的晶化作用,使原本的木质结构全部被代换成矽质,变的相当坚硬。

Salk研究所的乔瑟芬‧诺尔教授(Joseph Noel)说:「我们先从种子阶段时中种植烟草,为了加快实验过程,我们选的烟草是生长期较短的品种。收获之后,把烟叶冷冻并研磨成粉末,然后用上几种含矽的化合物进行化合,整个过程中,会把材料加热到1600°C。

另一位Salk研究人员-苏珊·托马斯(Suzanne Thomas)说:「除了烟草,我们也用玉米皮完成了实验。现在我们能证明,在玉米皮这种农业废料中,可以形成有效的工业材料,我们也能计算收集固化了多少碳。」

研究分析,植物从种子到收成的过程中,植物中固存的碳达到原本重量的50,000倍(这并不奇怪,玉米种子到玉米株的体积比例,大约就是50000倍),证明植物的碳捕捉效率,然而落叶、枯萎,与腐质作用都会使植物损失一些碳,最终只保留了约14%的碳存留在土壤中。

不过,把烟草或玉米皮制作成碳化矽相当耗费能源,研究人员计算出,用玉米皮制造1.8公克的碳化碳,整个过程需要耗费约177度电的能量,其中大部分能量(70%)用于石化步骤中的熔炉。

作者指出,解决这一困境,就是需要靠低碳发电源才能补救,只要利用洁净电力为能源,这个新技术就可以实现有效率的碳补捉。

接下来,研究小组将尝试转化其他植物,比如竹子,使碳捕捉更有效果。

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