碳中和研究成果：利用植物固碳的同時(shí)制備碳化硅

上世紀(jì)50年代起，人類活動(dòng)導(dǎo)致碳排放增加的速度急劇上升。截至2013年，二氧化碳水平達(dá)到400ppm以上，預(yù)計(jì)在2070年將超過(guò)500ppm，而上一次達(dá)到這個(gè)濃度還是早新生代早期(古近紀(jì)，又稱老第三紀(jì))，距今6500萬(wàn)年。而這恐怕會(huì)導(dǎo)致氣候巨變，繼而造成動(dòng)植物大量滅絕等嚴(yán)重后果。

植物的固碳能力超群，但并不持久，因其中的碳成分最終仍將經(jīng)過(guò)分解排入大氣。索爾克生物研究所(Salk Institute for Biological Studies)的研究人員最近提出一種持久且有附加值的方法，利用植物在固碳的同時(shí)制備碳化硅(SIC)，從而讓碳中和帶來(lái)直接利益。

該研究成果發(fā)表在RSC Advances期刊，鏈接：DOI: 10.1039/d1ra00954k

這個(gè)循環(huán)包括三個(gè)過(guò)程：植物生長(zhǎng)、植物加工和生物質(zhì)石化，包括六個(gè)步驟(生長(zhǎng)、收獲、干燥、研磨、礦化和石化)

這個(gè)周期從種子開(kāi)始，植物在58天后收獲。然后將組織冷凍、研磨并干燥成細(xì)粉。所得粉末然后通過(guò)酸處理和浸泡在正硅酸乙酯中進(jìn)行灌注來(lái)礦化。然后將溶液風(fēng)干，并在惰性氣氛中進(jìn)行燃燒。

本次研究人員利用農(nóng)業(yè)植物捕獲二氧化碳，再將其轉(zhuǎn)化為具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的綠色產(chǎn)品，主要過(guò)程為：首先，研究人員從種子中種植煙草，選擇煙草生長(zhǎng)季節(jié)較短。然后他們將收獲的植物冷凍并磨成粉末，然后用包括含硅化合物在內(nèi)的幾種化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行處理。在第三個(gè)也是最后一個(gè)階段，粉狀植物被石化(變成石質(zhì)物質(zhì))來(lái)制造碳化硅，這個(gè)過(guò)程需要將材料加熱到1600℃。試驗(yàn)結(jié)果顯示14%的植物固碳最終以碳化硅的形式存在，研究團(tuán)隊(duì)還評(píng)估了能夠產(chǎn)生全球影響所需要的生產(chǎn)規(guī)模。

該研究利用煙草和玉米殼為原料制備出碳化硅材料

這其中會(huì)有一些疑問(wèn)，論文中給出了一些解釋。比如，研究人員計(jì)算出，制造1.8克碳化硅的過(guò)程需要大約177千瓦/小時(shí)的能量，其中大部分能量(70%)用于石化步驟的熔爐。作者指出，目前的碳化硅制造工藝具有相當(dāng)?shù)哪茉闯杀?。因此，雖然所需的生產(chǎn)能源意味著從工廠到碳化硅的過(guò)程不是碳中和的，但研究小組認(rèn)為，可再生能源公司創(chuàng)造的新技術(shù)可以降低能源成本。

“這是朝著以對(duì)環(huán)境負(fù)責(zé)的方式制造碳化硅邁出的一步，”通訊作者之一，也是索爾克訪問(wèn)學(xué)者的James La Clair表示。