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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不是說好開放山林?奧萬大吊橋暫時封閉 山友反彈

摘錄自2019年11月6日自由時報報導

南投縣仁愛鄉奧萬大森林遊樂區的奧萬大吊橋,3日發生男童墜橋死亡意外,林務局南投林管處配合檢方調查,即起封閉吊橋,但吊橋是攀登能安縱走下山必經之路,也引起許多山友反彈,質疑開放山林只是說說而已,遇到問題還是1個字「封」,也有人建議是否能有兩全其美的辦法,做好意外現場跡證保留記錄,同時兼顧他人通行權益。

南投林管處表示,目前檢察官已指示封橋調查偵辦,因應的做法是山友若已經在下山途中,因體力、受傷等緊急情形,可在奧萬大吊橋頭與遊客服務中心聯繫,由園區工作人員帶同過橋,避免影響證據的保存,若尚未安排能安緃走等行程的民眾,則建議暫緩,林管處也會視案件偵辦進度,請示檢方何時能進行吊橋檢修或開放。

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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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宜蘭員山採礦縮小規模 環團︰應立即撤案

摘錄自2019年11月6日自由時報報導

宜蘭縣永侒實業申請在員山鄉中華村、內城村的礦業開發案,預計將縮小開發規模;永侒實業5日發出聲明表示,原開採總面積約31公頃,將縮小至約18公頃,剩下約6成,內城的基地將全部不開採。

採礦區域與內城土地相連接的部分,按法規要求保留緩衝帶,且因有山的屏障,因此當地景觀與獨立水系不會有任何改變,更不會有山頭被砍半的問題。開發案絕非在水源保護區或水源地或取水口上游採礦,水保設施亦將採用嚴格標準,確保水質清澈才排放,且開發案採一次規劃分期開發,每次開發面積不會超過兩公頃,不會有大面積山頭裸露的情形發生。 由於開發規模縮減,每日平均砂石車數量將不超過50台,聯外之產業道路將設計為生態廊道,車輛動線將經過中華村段4公里台7省道後,直接進入蘭陽溪堤防砂石車專用道接濱海公路,不會直接進入員山鄉主要聚落,並將嚴格限制車輛車速與整潔。

但中華村及內城村民仍無法接受,強調要繼續連署反對案,以十萬人為目標;環團批評業者是「駝鳥」心態,縮小規模只是應付反彈,應立即撤回礦業開發申請。

內城社區發展協會理事長簡裕鴻說,開礦地點即使不包含內城區,離聚落還是太近,開發基地鄰近土石流潛勢區,難保不會有土石滑動情形;中華村社區發展協會理事長陳明華也說,業者即便縮小開發規模,對中華村影響仍在,盼業者撤回開發案。

宜蘭縣惜溪聯盟召集人康芳銘抨擊,業者不該有鴕鳥心態,不開發內城區域,以為躲在山後面採礦就不會有人看到,其實從七賢村看過去,還是可以看到礦場另一面,礦場開發一定會對環境生態與居住品質造成破壞,應立即撤回發申請。

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峨眉山熱門景點增建玻璃牆、水泥護欄 稱防遊客輕生

摘錄自2019年11月6日世界日報北京報導

四川峨眉山為旅遊勝地,每年吸引眾多遊客前往。據媒體報導,攝身崖的金剛嘴景點上,日前竟出現一道道玻璃圍牆,突兀景象,遊客全傻眼。景區負責人表示,此舉主要是在不影響景觀的前提下,盡可能減少輕生事件。

據華西都市報報導,近些年來,峨眉山金頂攝身崖處不時發生遊客輕生事件,不少人建議景區加強應對。近日記者走訪峨眉山金頂片區攝身崖的金剛嘴景點,發現一道道厚厚的玻璃牆將此地圍成一圈,不少遊客表示「不和諧」、「彆扭」、「不自然」。

除了金剛嘴處修了玻璃牆,在往複式索道站旁也新修建了百餘米長的水泥護欄,而此處以前僅有低矮的鐵絲網防護。

金頂工作人員張先生表示,金剛嘴玻璃牆於今年十一假期前修建完畢,上下兩段總長約20餘公尺,高約1.8公尺,主要目的就是為了保障遊客的安全。

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中國海南海關破獲瀕危加利福尼亞灣石首魚魚鰾走私案

摘錄自2019年11月6日中時電子報報導

中國海南海口海關今(6)日表示,破獲一起走私瀕危加利福尼亞灣石首魚魚鰾案件,涉案的565片魚鰾價值達5300多萬元(人民幣)(約合新台幣23,335元)。

今年5月,海口海關緝私部門在三亞鳳凰機場抓獲由香港乘機入境的犯罪嫌疑人胡某某和梁某,現場查獲藏匿於行李箱中的魚鰾440片。辦案民警此後又在海南、廣東等地相繼抓獲該涉案團夥成員6人,並繳獲魚鰾125片。一個組織嚴密、分工明確的跨國走私犯罪團夥逐漸浮出水面。

加利福尼亞灣石首魚是僅分佈於墨西哥加利福尼亞灣的特有瀕危物種,因受非法捕撈、走私販運及棲息地退化等威脅,加利福尼亞灣石首魚的種群數量持續減少,面臨滅絕風險。1996年,世界自然保護聯盟紅色名錄將其認定爲極度瀕危。

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週遭海域有斷層仍興建核四 監院今糾正

摘錄自2019年11月6日公視報導

監察院在今(6日)通過對台電和經濟部的糾正案,指出台電,過去辦理核四廠址的地質調查,未能及時發現,並評估海域斷層影響,尤其是核四廠外,有一條,大約90公里長的活動斷層,對安全影響很大,但台電沒有深入調查、核有違失。

監察委員田秋堇指出,經濟部地調所在98年委辦計畫報告時,就知道有這一條活動斷層,但台電在之後投入共2500萬元做調查,卻沒有進行深入調查。田秋堇強調,「這個事情對核四廠的安全,影響非常非常的大,但是台電公司在102、103年的報告,不但沒有全面深入的調查,連討論都沒有,所以我們認為核有違失,需要糾正。」

台電發言人徐造華回應,「在98年的時候並不清楚,那個斷層的特性,至於那個斷層有沒有連結,是否為活斷層都還不清楚,因此我們在103年,就委託了顧問公司,調查這個斷層的特性,那個調查的結果是並沒有連接的。」

台電表示,核四目前沒有重啟規劃,因此並未編列相關預算做後續地質調查。另外監委也指出,核四兩座反應爐間,存在剪裂密集帶,但台電以S構造等名詞模糊稱之,有混淆視聽及規避審查之嫌,核有違失。

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黑心液蛋曾引發食安風暴 食藥署終訂衛生標準

摘錄自2019年11月7日自由時報台北報導

2017年「萇記泰安蛋品」公司改標販售逾期破殼蛋的液蛋、2018年「元山蛋品」公司將沾染雞糞、破殼蛋和衛生極糟的次級蛋混製成液蛋,引發食安風暴。食品藥物管理署7日發布訂定「液蛋衛生標準」及「液蛋產品標示規定」,破殼蛋和液蛋的衛生標準都有限制。

許多烘焙業者或團膳業者都會使用到液蛋,不過以往沒有相關衛生標準;食藥署新規定,製作液蛋的雞蛋蛋殼完整無裂痕;若是裂殼蛋,蛋殼膜仍須完整;裂殼蛋需無外在污垢黏附、且內容物無洩漏;破殼蛋不得作為液蛋的原料。

另外,食藥署也規定液蛋的生菌數和沙門桿菌數,都須符合規定,品名顯著加標「殺菌」或「未殺菌」字樣,並標示有效日期及保存條件,以中文標示「本產品須使用於生產經充分加熱,或其他足以達到有效殺菌之食品」或等同意義醒語。 新規定預計2020年1月上路,違反相關規定可處3萬元到300萬元罰鍰。

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