南大的科学家们开发了一种新方法，能够将废物处理设施产生的灰烬，转化可用于从废气中捕获二氧化碳的吸附剂。
排放量激增
南洋理工大学科学家开发了一种新方法，可以将废物处理设施产生的灰烬，转化为从废气中捕获二氧化碳的吸附剂。捕获的二氧化碳可以被净化并用于制造碳酸饮料、建筑材料，或者与海水淡化产生的废盐水再利用于制造混凝土的矿物碳酸盐。
该项目是减少二氧化碳排放的国家低碳能源研究资助计划的 12 个项目之一，可获得5500万美元赠款。
化学与生物医学工程学院助理Paul Liu教授（前排左一）
土木与环境工程学院Lim Teik Thye教授（后排左一）
南洋环境与水资源研究所Grzegorz Lisak教授（后排右一）
以及理学院院长Simon Redfern教授（前排右一）
图片来源 ：NTU
研究背景
南大环境与水资源研究所的Grzegorz Lisak 教授说，南大在Tuas的垃圾发电设施将大学产生的垃圾转化为合成气（用于发电）、金属合金和建筑材料等资源。该设施每天最多可处理 1.5吨废物，其中约 3% 最终变成灰烬。相比之下，在传统的垃圾发电厂处理的废物中，约有18%至20%最终会变成灰烬。
新加坡有四座这样的焚烧厂，而灰烬通常会被送到该国唯一的垃圾填埋场，该垃圾填埋场可能会在 2035 年填满。
Lisak 教授说，“虽然来自焚烧和气化厂的烟气在作为清洁气体排放到大气中之前经过处理和过滤，但在此过程中仍会释放约 12% 的二氧化碳 (CO2)。”自2019年开始运营以来，该工厂已产生约 7200 吨二氧化碳。为了帮助新加坡实现零排放并减少输送到垃圾填埋场的废物量，研究人员想出了一种解决方案来满足这两种需求。
反应原理
“我们发现，通过选择某种类型的灰烬并进行正确的处理，我们能够以相对较低的成本开发出非常高性能的二氧化碳吸附材料。”
南大化学与生物医学工程学院首席科学家刘教授说，南大废物处理设施产生的灰烬含有高达 80%的钙，这对于吸附二氧化碳相当有利，因为钙是碳的天然吸收剂。“不过这个吸附过程发生的时间非常漫长，钙需要与碳反应，形成固体、稳定的化合物，我们称为碳酸钙。”
海洋中的生物，如牡蛎和贻贝，利用海水中的碳酸钙形成贝壳。当这些生物死亡时，它们会在海底分解，沉积物最终变成石灰石。
理学院院长Simon Redfern教授说，虽然大自然在从大气中去除 CO2 方面发挥着重要作用，但烟道气中的高浓度 CO2 会严重导致全球变暖。所以进一步减少二氧化碳排放显得迫在眉睫。这就是南大废物转化能源工厂的灰烬等材料可以发挥作用的地方，加快碳吸附进程。
灰烬首先经过化学处理以形成吸附剂，它可以从烟道气中提取高浓度的二氧化碳。这个过程发生在 600 摄氏度的高温下，这会加快反应速度并防止任何二氧化碳在吸附过程中逸出。然后吸附剂以纯化的形式释放捕获的二氧化碳，可将其装瓶并用于制造碳酸饮料，或用作干冰，或用于建筑材料，或者通过盐水（从海水淡化厂排出的稍微浓缩的海水）中和制成矿物碳酸盐。
未来应用
南大垃圾发电工厂碳排放的试点设施将很快建成，并将在明年年底前准备就绪。刘教授表示，由于垃圾焚烧发电厂产生的烟气中二氧化碳的浓度较高，因此是检验碳吸附技术有效性的好方法。
研究团队，图片来源：NTU
参考文献：
1. The NTU research paper titled “Assessment of COVID-19 pandemic effects on ship pollutant emissions in major international seaports” is published in Environmental Research, 23 Oct 2021. DOI 10.1016/j.envres.2021.112246
