伊利诺伊大学芝加哥分校的工程师制造了一种具有成本效益的人造叶子，它可以以比现有系统快100倍的速度捕获二氧化碳。与其他在实验室使用加压罐中的纯二氧化碳工作的碳捕获系统不同，这种人造叶子在现实世界中工作。它从更稀释的来源(如燃煤电厂产生的空气和烟气)中捕获二氧化碳，并将其释放出来用作燃料和其他材料。
“我们的人造叶子系统可以部署在实验室外，由于其碳捕获率高、成本相对较低和能源适中，它有可能在减少大气中的温室气体方面发挥重要作用，即使与最好的基于实验室的系统，”UIC工程学院化学工程助理教授、该论文的通讯作者MeeneshSingh说。
使用先前报道的理论概念，科学家们使用廉价材料修改了标准的人造叶子系统，以包括跨带电膜的水梯度-干侧和湿侧。
在干燥的一面，有机溶剂附着在可用的二氧化碳上，在膜上产生一定浓度的碳酸氢盐或小苏打。随着碳酸氢盐的积累，这些带负电的离子被拉过膜，朝向膜湿侧的水基溶液中的带正电电极。液体溶液将碳酸氢盐溶解回二氧化碳，因此可以释放出来并用于燃料或其他用途。
电荷用于加速碳酸氢盐跨膜的转移。
当他们测试这个小到可以装在背包里的系统时，UIC的科学家们发现它具有非常高的通量——碳捕获率与反应所需的表面积相比——每小时3.3毫摩尔每4平方厘米。这比其他系统好100倍以上，即使只需要适量的电力(0.4KJ/小时)来为反应提供动力，比1瓦LED灯泡所需的能量还要少。他们计算出每吨二氧化碳的成本为145美元，这与能源部的建议一致，即成本不应超过每吨200美元左右。
“特别令人兴奋的是，这种由电渗析驱动的人造叶子在现实世界中的应用具有高通量和小模块化表面积，”辛格说。“这意味着它具有可堆叠的潜力，可以添加或减少模块以更完美地满足需求并以经济实惠的方式用于家庭和教室，而不仅仅是在盈利的工业组织中。家庭加湿器大小的小模块每天可以去除超过1公斤的CO2，四个工业电渗析烟囱每小时可以从烟气中捕获超过300公斤的CO2。”
UIC的科学家们报告了他们的人造叶子的设计以及他们在“迁移辅助的水分梯度过程，用于在环境条件下从稀薄的来源中超快、连续捕获CO2”中的实验结果，该过程发表在《能源与环境科学》上。
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