印度1.1億牛糞研發(fā)高效碳材料，吸碳能力提升58%

牛糞，竟搖身一變成了“吸碳神器”？

在印度約有 1.1 億頭牛，每頭牛每天產(chǎn)糞約 9-15 公斤，這種“廢料”并不稀奇，它們通常作為燃料和肥料被再次利用。最近印度的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了牛糞更高的價值，或成為治理全球變暖的一種新方案。

這種材料配方混合了牛糞、三聚氰胺和碳酸氫鉀。其中，碳酸氫鉀是一種綠色環(huán)保、腐蝕性低且有效的活化劑，而三聚氰胺則為材料提供了氮源。其工藝也十分簡單，只需一次高溫?zé)峤猓粌H不需要強酸強堿，無需復(fù)雜后處理，在制備過程中幾乎不產(chǎn)生廢水，兼顧了環(huán)保性和簡便性。

多孔結(jié)構(gòu)是該材料高效吸收二氧化碳的根源。可別小看這些密密麻麻的微小孔洞，在 1 個大氣壓、30℃條件下，1 公斤材料足足能“吸附”3.7 摩爾（約合 162 克）二氧化碳，并具有優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性，循環(huán)使用 10 次性能不衰減。

全球變暖是當今最緊迫的全球挑戰(zhàn)之一，主要原因在于二氧化碳的濃度不斷升高（目前約 428 ppm），通常來自人們的日常活動，例如發(fā)電用的燃燒化石燃料、交通運輸和工業(yè)生產(chǎn)等。

目前主要的解決方法包括碳捕獲、利用與封存。碳捕獲可通過多種工藝實現(xiàn)，例如液體化學(xué)吸收、膜分離和固體材料吸附。這些工藝面臨高能耗、高開發(fā)成本和復(fù)雜的制備工藝等一系列挑戰(zhàn)。

一種有前景的策略是使用多孔碳作為二氧化碳吸附劑。多孔碳含有微小的孔隙，可以吸附二氧化碳在其表面，類似于用活性炭空氣凈化方法去除肉眼看不見的污染物。但是，開發(fā)這些吸附劑需要借助具有腐蝕性和有毒的材料，使用過程中產(chǎn)生的廢水可能會進一步污染環(huán)境。

牛糞本身是一種有機物，灰分里還包含鉀、鈉等礦物質(zhì)，適合用作碳材料的前驅(qū)體。研究人員以碳酸氫鉀作為活化劑，將牛糞與三聚氰胺按不同比例進行實驗。結(jié)果顯示，當二者比例為 1:1 時制備的 NDPC-1 性能最佳。該材料制作工藝簡單，為何材料效果驚人？

為探索這個問題，研究人員對 NDPC-1 進行了原子級模擬，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，摻進去的氮原子讓材料含氮量達到 2.95%，這正是材料能夠高效吸收二氧化碳的關(guān)鍵要素。

研究人員發(fā)現(xiàn)，原來普通碳材料通常不含氮或含量較低，僅基于物理小孔洞“裝”二氧化碳，很容易裝不滿。而加了氮的材料，等同于在結(jié)構(gòu)的每個小孔中都加上了“磁鐵”，不僅能夠吸收更多的二氧化碳分子，還會吸得更牢固。

實驗結(jié)果對比顯著：加了氮的 NDPC-1 吸附能力比普通碳材料高 28%，比單純熱解碳高 58%。

研究人員并不滿足于在實驗室制備出一種好材料，他們更關(guān)心的是這種材料究竟能用在哪里。他們想到，這種高效捕獲二氧化碳的優(yōu)勢，有可能為治理全球變暖提供新的技術(shù)支撐。

傳統(tǒng)的高性能的吸附材料各有局限性，例如合成工藝復(fù)雜、污染大、成本高等。此外，一些吸附材料通常需要 400–700°C 的高溫處理，而該材料僅在 30℃ 低溫環(huán)境可完成二氧化碳捕獲。

更重要的是，用廢棄物牛糞來做吸碳材料具有“一石二鳥”的作用：不僅能解決牛糞堆積產(chǎn)生的環(huán)境污染，還能高效捕獲二氧化碳，治理全球變暖。

這種“碳海綿”工藝簡單、原料價格低以及綠色合成的特性，有利于未來大規(guī)模應(yīng)用。從實際應(yīng)用的角度，短期內(nèi)，這項技術(shù)有可能主要用于處理工業(yè)尾氣。

隨著技術(shù)的進一步成熟與發(fā)展，用這種材料做的吸附裝置，可以裝到那些大量排放二氧化碳的工廠煙囪上，例如電廠、水泥廠、鋼鐵廠等。這樣，二氧化碳在從煙囪向大氣排放的過程中，用牛糞做的“碳海綿”相當于為大氣做了一次深度過濾，將二氧化碳牢牢吸附住。

當然，這項技術(shù)從實驗室到實際的工業(yè)化應(yīng)用，還需要經(jīng)歷更深入的探索。例如，如何將粉末狀的材料制備成工業(yè)用的顆粒狀，如何讓材料的吸附性能更高等等。盡管如此，這項技術(shù)為治理全球變暖提供了一個全新方案：或許對抗氣候變暖的利器，就藏在每年產(chǎn)生數(shù)十億噸的牛糞里。