据物理学家组织网近日报道，最近，英国利兹大学工程系科学家利用同步加速器的钻石光源，从纳米尺度水平对氧化钙基的二氧化碳吸收剂进行了能效分析，解释了吸收过程中的关键机制，有望提高现有方法的效率，带来一种可大规模使用且经济高效的碳捕获和存储方法。相关论文发表在最近出版的《能源与环境科学》杂志上。
全球变暖引起人们越来越多的关注，各国都在想办法减少二氧化碳排放。发电厂烟囱里排出的气体中含有大量二氧化碳，要过滤这些二氧化碳实现碳捕获，现有吸收技术主要包括两种方法：一种是后燃烧，另一种是预燃烧。前者是在被加热之前，通过溶剂吸收二氧化碳放出水蒸气；后者是在化石燃料燃烧之前就通过催化剂接触转炉除去二氧化碳，由此燃烧后的二氧化碳就很少。这两种方法能将发电厂的碳排放减少80%—90%。
氧化钙基吸收剂广泛用于这两种碳捕获技术中。它们量大成本低、吸收力强、反应迅速。温度范围在400℃—800℃时，它们能迅速捕获二氧化碳形成碳酸钙，以后还可以放出二氧化碳循环使用，二氧化碳可压缩存储。然而，经过多次碳捕获和再生循环后，由于烧结作用会使吸收剂表面积减少，粉末聚集成固体块，碳捕获能力就会下降。通过水合作用能恢复它们的表面积，但其机械强度会降低。如果能克服强度和表面积问题，氧化钙基吸收剂就能成为一种可大规模应用的低成本碳捕获剂。
为此，研究小组用钻石光源的高分辨率衍射光线进行了一系列实验，从纳米水平研究了氧化钙基材料的碳捕获和水合过程。该项目博士生罗杰?莫林德说：“利用钻石同步加速器的高分辨率粉末衍射光束，我们能确定氢氧化物的形状和大小以及张力水平，得到这些衍生参数是理解烧结与瓦解机制的关键。传统光源会造成峰值重叠，无法做出这种分析。”
研究人员发现，氧化钙遇到空气和水时，由于氧化物和氢氧化物的原子结构不同，容易形成一层氢氧化钙的外壳，接触面会产生很大的张力，使其破碎瓦解成纳米颗粒。该研究领导迪姆?柯明说：“由此我们也了解了蒸汽中的氧化钙捕获/瓦解能力为何会增强。下一步是开发出一种改进吸收剂的方法，把同样技术用于其他系统。”