来自 心境 2019-09-30 11:56 的文章

【上海教育新闻网】全球气候变化与二氧化碳捕集和转化

编者按:

“学通四海、术育英才。” 54日,华东理工大学“通海讲堂”在奉贤校区图文信息中心通海厅正式启动。作为学校倾心打造的高端学术讲座平台,“通海讲堂”将邀请两院院士、国家“千人计划”专家、长江学者、国家“杰青”获得者及知名教授等学术大咖,面向本科生讲述前沿性学术问题,进一步提升华理校园学术文化的“高度”和“宽度”,助力一流人才培养。为了让更多的读者感受大咖的魅力、汲取知识的力量,即日起,本网将推出“通海讲堂”系列文章,第一时间传递讲堂信息,分享讲座内容。

【华东理工大学“通海讲堂”第九讲】

20世纪七八十年代第一次世界气候大会起,气候变暖便成为了人们关注的对象。是什么导致了气候变暖?气候变暖会给我们带来什么影响?关于气候变暖我们应该怎么做?615日,刘洪来教授走进华东理工大学“通海讲堂”,深入浅出地为同学们解析全球气候变化与二氧化碳的捕集和转化。

全球气候变化与二氧化碳捕集和转化

 

刘洪来,教授、博士生导师,从事界面科学与热力学研究。2000年获国家杰出青年科学基金资助。在国际学术刊物上发表研究论文110余篇,研究成果曾获省部级科技进步二等奖2项、一等奖1项。曾任国务院学委会化学组成员、上海市学委会化学组成员,现任华东理工大学化学实验教学中心主任、上海市高校化学实验教学指导委员会主任,从事本科物理化学和研究生高等化工热力学教学。

温室气体与全球极端气候事件

人类生存需要资源、能源、环境。各种人类活动消耗资源污染环境,工业生产活动向环境中排放大量温室气体(二氧化碳)。而气温升高与温室气体联系紧密——通过研究并统计,从结果中可以一窥全球平均气温与二氧化碳浓度关系。

气温升高可导致极端气候事件频发,全球多地持续高温、冰川退缩、极地冰帽退化,这些事件不仅给人们的生活带来不便,更是对经济造成严重影响,更为严峻的是,气温升高导致的海平面升高必将对沿海城市带来巨大影响。

二氧化碳减排的政治经济与技术问题

二氧化碳作为温室气体重要组分,是气温升高罪魁祸首之一,不难推出,减少二氧化碳排放为延缓温室效应必由之路。然而,世界各国在寻求解决对策的道路上并不顺利,个别政治因素及减排对于经济的可能影响一直不利于减排进程的推进。从一连串有关温室效应的历史事件中,可以发现围绕气候问题存在着不少分歧及挑战,但各国都在为达成一致而努力。2015年巴黎气候大会上有近200个缔约方达成《巴黎协议》,为全球应对气候变化行动作出了安排。

二氧化碳捕集技术方面也存在诸多问题。人类产生的二氧化碳主要来源于化石燃料,对于二氧化碳捕集,我们有多种化工技术,溶剂吸收、固体吸附、膜分离……然而它们有些材料成本高,有些技术不成熟,或是原料来源不足,即现有二氧化碳捕集技术因能耗高,代价大而无法大规模应用。

二氧化碳吸附剂的设计、筛选与合成

吸附分离是利用吸附分离技术,利用吸附剂与不同气体分子之间吸引力的差异而实现不同气体组分的分离,其中高效吸附剂是关键,一种材料需要满足多种条件才能用作二氧化碳吸附剂。从原料丰富、制备简单的角度出发,活性炭最为出色;而若要比较比表面积大小、孔径是否合适,活性炭就不能胜任。已知的多种多孔材料都有应用限制,同时,“吸附能耗”与“吸附量和选择性”难以兼顾。

目前寻求到的解决方法便是在吸附剂表面添加碱性有机基团,并经过分子间相互作用的量子计算、monte carlo模拟、MD模拟等进行预测,进行MOF吸附材料大规模筛选而达到理论和实践结合,之后进行材料合成,对多孔材料进行表面修饰,并利用水和二氧化碳迁移速率差异避免由水极性更强带来的问题。此时选择余地更多的有机聚合物材料(例如环糊精),就显得尤为重要了。

二氧化碳埋存和转化利用

二氧化碳固化思路包括地质埋存、矿物固化……或者将二氧化碳转化为水合物由深海吸收,然而这些方法都不能保证二氧化碳在将来不会重新泄露回大气。考虑二氧化碳的利用价值,可以将其转化为其他化工产品。然而有价值的产品大多是有机物,这就意味着这种转化过程只是将排放过程延后。只有利用非化石能源实现的转化才有意义,例如利用太阳光催化还原二氧化碳。