现在，麻省理工学院(MIT) 的一组研究人员找到了一种控制甲烷排放并将其从空气中去除的非凡方法，使用一种廉价且丰富的粘土，称为沸石。这些发现已发表在《ACS Environment Au》 号上，由博士生Rebecca Brenneis、副教授Desiree Plata 和另外两人撰写的一篇文章中。
Plata 表示，虽然许多人将大气中的甲烷与石油和天然气的钻探和水力压裂联系在一起，但这些来源仅占全球甲烷排放量的18% 左右。绝大多数甲烷排放来自刀耕火种农业、奶牛养殖、煤炭和矿石开采以及湿地和永久冻土融化等来源。 “进入大气中的许多甲烷来自分布式、扩散源，因此我们开始考虑如何将其从大气中去除，”她说。
研究人员发现的答案是一些廉价的东西——事实上是一种特殊的“泥土”或粘土。他们使用沸石粘土，这是一种目前用于制造猫砂的非常便宜的材料。研究小组发现，用少量铜处理沸石可以使该材料非常有效地从空气中吸收甲烷——即使浓度极低。
尽管在工程细节上还有很多工作要做，但该系统在概念上远非简单。在实验室测试中，类似于猫砂的铜强化沸石材料的微小颗粒被填充到反应管中，然后甲烷含量为百万分之二至二的气体流过反应管。从外面加热。该范围涵盖了大气中可能存在的所有物质，低至无法燃烧或直接燃烧的亚易燃水平。
普拉塔指出，与其他从空气中去除甲烷的方法相比，该过程有几个优点。其他方法往往使用昂贵的催化剂，例如铂或钯，其需要至少600 摄氏度的高温，并且由于甲烷和氧气的存在，通常需要富甲烷气流和富氧气流之间的复杂循环。单独和组合。它们都是高度易燃的，因此这意味着更复杂的设备和更大的风险。
布伦尼斯说：“这些反应堆的运行温度高达600 度，因此在甲烷周围几乎是危险的。” “他们通过创造一种会发生爆炸的情况来解决这个问题。”高工作温度也会引起其他工程复杂性。毫不奇怪，这样的系统没有多大用处。
至于新流程，“我认为我们仍然对它的运作效果感到惊讶，”普拉塔说。该过程似乎在约300 摄氏度时达到最高效率，与其他甲烷捕获过程相比，该过程所需的热能要少得多。它还可以在比其他方法更低的甲烷浓度下工作，甚至低至1%，这是大多数方法无法去除的，并且是在空气而不是纯氧中进行的，这对于现实世界的部署非常重要。是一个主要优势。
这种方法将甲烷转化为二氧化碳，考虑到全世界都在努力减少二氧化碳排放，这听起来可能是一件坏事。 “很多人一听到‘二氧化碳’就会惊慌失措；他们说‘这很糟糕’，”普拉塔说。但她指出，二氧化碳对大气的影响比甲烷小得多，后者作为温室气体的作用在头20 年中大约强80 倍，在1 世纪大约强25 倍。这种效应是由于甲烷在大气中随着时间的推移自然转化为二氧化碳这一事实造成的。她说，通过加快这一进程，这种方法将显着减少近期气候影响。此外，即使将大气中一半的甲烷转化为二氧化碳，二氧化碳的含量也会增加不到百万分之一（约占当今大气中二氧化碳的0.2%），同时节省约16% 的总量辐射变暖。
研究小组认为，此类系统的理想位置是甲烷来源相对集中的地方，例如乳制品仓库和煤矿。这些来源往往已经拥有强大的空气处理系统，因为甲烷的积累可能会引发火灾、健康和爆炸。为了克服悬而未决的工程细节，该团队刚刚从美国能源部获得了200 万美元的拨款，以继续开发在这些类型的场地去除甲烷的特定设备。
“开采空气的主要优势是我们输送了大量空气，”她说。 “你必须吸入新鲜空气，以便矿工呼吸并降低浓缩甲烷爆炸的风险。因此，矿井中流动的空气量是巨大的。”她接着指出，甲烷的浓度太低而无法点燃，但它正处于催化剂的最佳点。
使该技术适应特定位置应该相对简单。普拉塔表示，团队在测试中使用的实验室设置“仅包含几个组件，而牛棚中使用的技术可能非常简单”。然而，大量气体在粘土中不容易流动，因此下一步的研究将集中于如何将粘土材料构造成多尺度、分层结构以帮助空气流动。
斯坦福大学地球系统科学教授罗布·杰克逊说：“我们需要新技术来氧化甲烷，使其浓度低于火炬和热氧化剂中使用的浓度。” “目前还没有一种经济有效的技术可以氧化浓度低于约2,000 ppm 的甲烷。”他没有参与这项研究。
此外，他补充道：“关于扩大这项工作以及所有类似的工作，仍然存在许多问题。催化剂在现场条件下劣化的速度有多快？我们能否获得更接近环境条件的所需温度？在处理时，这项技术的可扩展性如何？空气？
新系统的一个潜在的主要优点是涉及释放热量的化学过程。通过催化氧化甲烷，该过程实际上是无焰燃烧的一种形式。如果甲烷浓度高于0.5%，释放的热量大于启动该过程所需的热量，可用于发电。
普拉塔指出，该团队的计算表明，“在煤矿中，你有潜力产生足够的热量来发电，达到发电厂的规模，这是非常了不起的，因为这意味着该设备可以收回成本。”大多数空气捕获解决方案需要花费大量资金并且永远不会盈利。 “我们的技术有一天可能会成为反例。”
此外，她表示，通过利用新的资助，“在接下来的18 个月里，我们的目标是证明这一技术可以在现场发挥作用”，因为现场的条件可能比实验室更具挑战性。最终，他们希望创建一种与现有空气处理系统兼容的设备，并且可以简单地作为附加组件添加到位。普拉塔说：“煤矿的申请是要达到三年内可以将其移交给商业建筑商或用户的阶段。”
