南大的科學家們開發了一種新方法，能夠將廢物處理設施產生的灰燼，轉化可用於從廢氣中捕獲二氧化碳的吸附劑。

排放量激增

南洋理工大學科學家開發了一種新方法，可以將廢物處理設施產生的灰燼，轉化為從廢氣中捕獲二氧化碳的吸附劑。捕獲的二氧化碳可以被凈化並用於製造碳酸飲料、建築材料，或者與海水淡化產生的廢鹽水再利用於製造混凝土的礦物碳酸鹽。

該項目是減少二氧化碳排放的國家低碳能源研究資助計劃的 12 個項目之一，可獲得5500萬美元贈款。

化學與生物醫學工程學院助理Paul Liu教授（前排左一）

土木與環境工程學院Lim Teik Thye教授（後排左一）

南洋環境與水資源研究所Grzegorz Lisak教授（後排右一）

以及理學院院長Simon Redfern教授（前排右一）

圖片來源 ：NTU

研究背景

南大環境與水資源研究所的Grzegorz Lisak 教授說，南大在Tuas的垃圾發電設施將大學產生的垃圾轉化為合成氣（用於發電）、金屬合金和建築材料等資源。該設施每天最多可處理 1.5噸廢物，其中約 3% 最終變成灰燼。相比之下，在傳統的垃圾發電廠處理的廢物中，約有18%至20%最終會變成灰燼。

新加坡有四座這樣的焚燒廠，而灰燼通常會被送到該國唯一的垃圾填埋場，該垃圾填埋場可能會在 2035 年填滿。

Lisak 教授說，「雖然來自焚燒和氣化廠的煙氣在作為清潔氣體排放到大氣中之前經過處理和過濾，但在此過程中仍會釋放約 12% 的二氧化碳 (CO2)。」自2019年開始運營以來，該工廠已產生約 7200 噸二氧化碳。為了幫助新加坡實現零排放並減少輸送到垃圾填埋場的廢物量，研究人員想出了一種解決方案來滿足這兩種需求。

反應原理

「我們發現，通過選擇某種類型的灰燼並進行正確的處理，我們能夠以相對較低的成本開發出非常高性能的二氧化碳吸附材料。」

南大化學與生物醫學工程學院首席科學家劉教授說，南大廢物處理設施產生的灰燼含有高達 80%的鈣，這對於吸附二氧化碳相當有利，因為鈣是碳的天然吸收劑。「不過這個吸附過程發生的時間非常漫長，鈣需要與碳反應，形成固體、穩定的化合物，我們稱為碳酸鈣。」

海洋中的生物，如牡蠣和貽貝，利用海水中的碳酸鈣形成貝殼。當這些生物死亡時，它們會在海底分解，沉積物最終變成石灰石。

理學院院長Simon Redfern教授說，雖然大自然在從大氣中去除 CO2 方面發揮著重要作用，但煙道氣中的高濃度 CO2 會嚴重導致全球變暖。所以進一步減少二氧化碳排放顯得迫在眉睫。這就是南大廢物轉化能源工廠的灰燼等材料可以發揮作用的地方，加快碳吸附進程。

灰燼首先經過化學處理以形成吸附劑，它可以從煙道氣中提取高濃度的二氧化碳。這個過程發生在 600 攝氏度的高溫下，這會加快反應速度並防止任何二氧化碳在吸附過程中逸出。然後吸附劑以純化的形式釋放捕獲的二氧化碳，可將其裝瓶並用於製造碳酸飲料，或用作乾冰，或用於建築材料，或者通過鹽水（從海水淡化廠排出的稍微濃縮的海水）中和製成礦物碳酸鹽。

未來應用

南大垃圾發電工廠碳排放的試點設施將很快建成，並將在明年年底前準備就緒。劉教授表示，由於垃圾焚燒發電廠產生的煙氣中二氧化碳的濃度較高，因此是檢驗碳吸附技術有效性的好方法。

研究團隊，圖片來源：NTU

參考文獻：

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

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