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與目前的碳捕集方法相比，帶電木炭海綿還可能更加節能，因為它需要更低的溫度來去除捕集到的二氧化碳，以便將其儲存起來。該研究成果發表在《自然》雜志上。

領導這項研究的優素福-哈米德化學系亞歷山大-福斯博士說："從大氣中捕捉碳排放是最后的手段，但考慮到氣候緊急情況的規模，這是我們需要研究的問題。我們必須做的第一件也是最緊迫的事情是在全球范圍內減少碳排放，但溫室氣體清除也被認為是實現凈零排放和限制氣候變化最壞影響所必需的。實事求是地說，我們必須竭盡全力"。

直接空氣捕集是一種潛在的碳捕集方法，它使用海綿狀材料從大氣中去除二氧化碳，但目前的方法成本高昂，需要高溫和使用天然氣，而且缺乏穩定性。

福斯說："在使用多孔材料從大氣中捕集碳方面，已經開展了一些很有前景的工作。"我們想看看活性炭是否可以作為一種選擇，因為它便宜、穩定，而且可以大規模制造。"

活性炭被廣泛應用于凈水器等凈化領域，但它通常無法捕捉和保持空氣中的二氧化碳。福斯和他的同事提出，如果活性炭可以像電池一樣充電，那么它就可以成為一種合適的碳捕獲材料。

給電池充電時，帶電離子會進入電池的一個電極。研究人員假設，用氫氧化物這種化合物給活性炭充電，可以使其適用于碳捕獲，因為氫氧化物會與二氧化碳形成可逆鍵。

研究小組利用一種類似電池的充電過程，為一種廉價的活性炭布充入氫氧根離子。在這個過程中，炭布就像電池中的電極，氫氧根離子在炭的微孔中積聚。充電過程結束后，將木炭從"電池"中取出，清洗并烘干。

對帶電木炭海綿的測試表明，由于氫氧化物的結合機制，它可以成功地直接從空氣中捕獲二氧化碳。

"這是一種利用類似電池的工藝制造材料的新方法，"福斯說。"二氧化碳捕獲率已經與現有材料相當。但更有希望的是，這種方法的能源密集度要低得多，因為我們不需要高溫來收集二氧化碳和再生木炭海綿。"

為了從木炭中收集二氧化碳，使其得到凈化和儲存，需要對材料進行加熱，以逆轉氫氧化物-二氧化碳鍵。目前用于從空氣中捕捉二氧化碳的大多數材料都需要加熱到高達 900°C 的溫度，通常需要使用天然氣。然而，劍橋大學團隊開發的帶電木炭海綿只需要加熱到 90-100°C 的溫度，使用可再生電力即可達到這一溫度。這種材料是通過電阻加熱進行加熱的，基本上是由內向外加熱，因此過程更快，能耗更低。

不過，這種材料也有局限性，研究人員目前正在努力解決這一問題。福斯說："我們正在努力提高二氧化碳的捕獲量，尤其是在潮濕的條件下，因為在潮濕的條件下，我們的性能會下降。"

研究人員說，他們的方法可以用于碳捕獲以外的領域，因為木炭中的孔隙和插入其中的離子可以進行微調，以捕獲一系列分子。

福斯說："這種方法是我們在 COVID-19 大流行期間提出的一個瘋狂想法，所以當這些想法真正奏效時，總是令人興奮的。這打開了一扇門，可以用簡單、節能的方式為不同應用制造各種材料。"