為了捕獲燃煤電廠產生的二氧化碳，像陶氏化學公司這樣的化學公司和像阿爾斯通公司這樣的能源巨頭一直在大力投資液體溶劑，如胺。胺是一種腐蝕性的氨衍生物，它渴望與二氧化碳結合。
問題是，一旦兩者結合，它們就永遠不想分開。
為了試圖規避將胺與二氧化碳分離所需的巨大能量消耗（這可能佔燃煤電廠產生能量的 25%），科學家們（其中許多人得到了能源部的資助）正在開發新一代多孔固體，這些固體可以捕獲二氧化碳，然後幾乎同樣容易地將其釋放出來。
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這些固體有多種形式：從糖中提取並帶有微孔的碳；篩選和分離化學物質的分子篩；以及形成能夠捕獲和保持特定化學物質的大型骨架的精細的、類似玩具的分子。
在最後一個領域的最前沿是加州大學洛杉磯分校奧馬爾·亞吉實驗室，該實驗室在過去十年中幫助創造了一個新的大型晶體分子領域，稱為金屬有機框架，或 MOF。MOF 的縮寫聽起來像一種毛茸茸的齧齒動物的名字，不同種類的 MOF 可能成為氫燃料箱、藥物輸送裝置和二氧化碳洗滌器的基礎。
現在，該實驗室已經創造了新一代 MOF，它們具有與胺接近的二氧化碳儲存能力和偏好，同時僅與分子發生弱結合。該研究將於今年晚些時候發表；該實驗室先前關於該主題的報告已發表在《科學》和《自然》雜誌上。
亞吉實驗室的研究員王波說，肉眼來看，MOF “有點像岩石”。但他說，在分子層面上，這些看似固體的東西看起來像一系列巨大的圓形籠子，幾乎像蜂窩或分子海綿。
胺一旦與二氧化碳發生化學反應，必須在 120 攝氏度下烹製一到兩個小時才能釋放負載。據王波說，1 克新的 MOF 在 60 攝氏度下需要兩分鐘才能釋放二氧化碳並準備好進一步使用。
MOF 的秘密在於它們的框架——由金屬離子簇透過有機連線組成——很容易修改。亞吉的實驗室已經制造了數千種不同版本的分子，測試哪種分子具有選擇性吸收二氧化碳的適當形狀。
西北大學的化學家約瑟夫·哈普說：“亞吉教授開發的材料的優點在於它們對二氧化碳的巨大容量。”哈普開發了從甲烷中分離二氧化碳的 MOF。
哈普說，二氧化碳有一個時刻，其電子在分子中分佈不均勻，這被稱為其四極矩。這種特徵與許多其他氣體不同，並且允許 MOF 透過它們的原子排列具有選擇性。
哈普不確定 MOF 是否容易應用於燃煤電廠的蒸汽工業環境中。他說：“我認為這是可以想象的，但我不太確定。”
王波認為他有一種分子，它將以可承受的方式準備好擴大到工業規模。亞吉的實驗室已經與化工巨頭巴斯夫公司合作，大規模生產三種簡單的 MOF，稱為 Basolite，用於吸收各種化學物質。
王波說，一旦掌握了配方，MOF 的組裝就非常簡單。
他說：“就像搖晃和烘烤一樣簡單。” 您有這些金屬和有機連線劑，然後“將其倒入溶劑中煮熟。當它冷卻下來時，您會看到晶體。……它更像是自組裝。”
MOF 是否能夠在商業上與化學性質不太複雜的液體溶劑競爭還有待觀察。王波指出，巴斯夫已經將其 Basolite 系列產品的價格降至每公斤約 10 歐元。“這已經具有競爭力了，”他說。
[斷裂]
知己知彼
能源部正在將賭注分散在多孔固體上，最近宣佈為位於科羅拉多州惠特嶺、在國家可再生能源實驗室陰影下的私營公司TDA Research Inc. 的研究專案提供 200 萬美元的資金支援。
TDA 提議使用一種專有的活性炭形式來捕獲二氧化碳。通常，活性炭具有巨大的多孔性——1 克活性炭的表面積幾乎相當於一個籃球場——用於吸收毒物以及地下水修復或汙水處理。
TDA 的研究員史蒂文·迪茨開發的碳有兩種不同尺寸的孔，他稱之為中孔和微孔。較大的中孔充當通往微孔的通道，與活性炭相比，大大提高了 TDA 碳吸收二氧化碳的速率。
迪茨說，大多數活性炭來源於“碳化”——或燒燬——的植物，如椰子殼，這仍然限制了人們對植物結構的利用。TDA 現在可以從糖中開發活性炭，這意味著化合物中漂浮的垃圾更少。它本質上是合成的。
迪茨最初想將碳用於快速吸收電力的超級電容器。然後他注意到他的中碳有多麼基礎，這意味著它非常適合吸收酸性二氧化碳。因此，去年秋天，他走到走廊盡頭找到 TDA 工程師 Gokhan Alptekin，他們做了一些實驗室實驗，然後說：“是的，這些看起來很有趣。”
能源部國家能源技術實驗室的專案經理蒂莫西·福特說，對許多其他固體吸附劑的研究正在進行中——有些可能比 MOF 或 TDA 的碳更接近工業用途——所有這些吸附劑都面臨在燃煤電廠的惡劣環境中工作的挑戰。
他說：“在實驗室中用於確定反應速率和顆粒特性的實驗型別和設定通常不能直接轉化為大型裝置。”
這種放大對於液體來說更容易，這解釋了胺和 Selexol 的大部分吸引力，Selexol 是一種溶劑，很可能用於在從頭開始為碳捕獲設計的燃煤電廠中捕獲二氧化碳。能源部估計，使用 Selexol 的工廠生產的電力成本將增加 30%。
未來，該機構希望諸如固體吸附劑之類的技術能夠取代液體溶劑。但王波和迪茨都沒有如此大膽地認為他們的固體是前進的唯一途徑。
王波說：“但這可能是一種替代方案。”
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