實現低成本碳捕捉技術：充滿氫氧根離子的帶電吸附劑

碳捕捉技術是當前應對氣候變遷的重要策略之一，在全球減少碳排放和從大氣中移除溫室氣體的共同目標下，發展有效的二氧化碳（CO₂）捕捉技術相當重要。現有技術比如直接空氣捕捉（Direct Air Capture, DAC），其使用的吸附劑材料多數依賴於高成本和高能量消耗的再生過程，這限制了其大規模應用的可行性。傳統碳捕捉方法比如利用碳酸鈣和碳酸鉀，其捕捉二氧化碳後會形成穩定的碳酸鹽，而碳酸鹽則需要在高達900°C的高溫下才能再生，這導致高昂的成本。近年來，研究人員致力於開發低成本且能在低溫下再生的新型吸附劑材料，以期降低碳捕捉技術的整體成本並提升其可行性。近期，科學家發現帶電吸附劑（charged-sorbents）也許可以作為碳捕捉的新材料，因為其具備了高效率的捕碳能力和較低的再生溫度。帶電吸附劑，通常是透過類似於電池充電的過程在多孔碳材料內累積離子，這些離子提供了CO₂的吸附位點，從而實現高效的碳捕捉。

近日，英國劍橋大學的研究團隊，打造了一種新型的帶電吸附劑材料，該材料是透過在電化學電池中對低成本的活性碳布（activated carbon cloth）進行充電實現的。在實驗過程中，研究團隊使用了6M KOH溶液作為電解質，將氫氧根離子累積在碳布的孔隙中，晾乾後就形成了正電荷吸附劑（positively charged-sorbent bearing hydroxide ion，PCS-OH），這種吸附劑能夠在90-100°C的低溫下再生。實驗結果顯示，PCS-OH在低壓下（0.4 mbar）具有顯著的CO₂吸附能力（0.26 ± 0.06 mmol/g），研究人員進一步解釋，每100克的PCS-OH可以吸收約1克的CO₂。與傳統的吸附劑相比，PCS-OH展示了優異的熱穩定性和氧化穩定性，並在150次循環後仍能正常使用。研究團隊進一步利用固態核磁共振（NMR）和微量熱測定法（microcalorimetry）等技術對PCS-OH進行了詳細的結構和性能分析，結果證實了氫氧根離子能在碳孔隙中有效累積，以及確實能對CO₂進行化學吸附。研究人員表示，這項研究為未來的碳捕捉技術提供了一條可行的低成本、低能量消耗的技術路線。