奈米顆粒液滴：這種mini新興技術如何解決碳捕獲儲存技術難題

前言

碳捕獲儲存技術（CCS）被認為是最有希望幫助實現我們的氣候目標的關鍵技術之一，而且是在2050年實現碳中和目標的相關技術中，最重要的技術之一。

那麼什麼是碳捕獲儲存技術呢——通常是指從源頭捕獲碳排放物，例如從燃煤發電站捕獲排放物，然後用卡車運至偏遠地區並埋藏在地下，從而避免這些碳排放到大氣中的一種技術。

然而，現階段的碳捕獲儲存技術尚未證明能大規模發揮作用。事實上，從技術角度來看，目前的碳捕獲技術中，最大的問題是如何設計有效的碳捕獲材料，固體或者液體材料都可以考慮，這是該技術中最具有挑戰性的任務。

那麼，碳捕獲儲存技術是否可能成為碳達峰碳中和計劃中的一個可行的解決方案呢？

新研究表明，“液體彈珠”——包裹在奈米顆粒內的微小液滴——有可能解決目前碳捕獲技術中的材料短板。

碳捕獲問題

根據碳捕獲儲存技術的路線圖，該技術已被西方國家視為優先的低排放技術，以礦業發達的澳大利亞為例，該國政府計劃將在未來十年內投資3億澳元用於開發碳捕獲儲存技術。但是，由於這項技術在使用中的高運營成本和應用範圍的問題，使這項技術的未來應用存在爭議。

因為這其中存在的一個持續的問題是——用於捕獲CO₂的材料—— 的有效性。其中一個例子叫做“胺清洗”法，這是一種自1930年以來就一直用於分離天然氣和氫氣中含有的二氧化碳的一種有效方法。胺洗滌的問題包括成本高、材料腐蝕問題以及能耗高等問題。

現在，新的“液體彈珠”——奈米包裹微液滴可以解決這些問題。這些“液體彈珠”幾乎是肉眼看不見的，有些直徑在1毫米以下。它所容納的液體——最常見的是水或酒精——以微升為單位（一微升是千分之一毫升）。

這些液滴的外層是奈米顆粒，形成了一個靈活的多孔外殼，防止內部液體洩漏。多虧了這層奈米“盔甲”，它們可以像柔軟、可伸縮的保護殼一樣，保護著裡面的液體核心。

新技術的應用

液體彈珠有許多獨特的性質：它們可以漂浮在空中，也可以平穩滾動，還可以堆疊在一起。除此之外，還有抗汙染性、低摩擦性和靈活操作性等優點，使其在氣體捕獲、藥物輸送甚至微型生物反應器等應用中大有可為。

在捕獲二氧化碳的過程中，它們與氣體、液體和固體選擇性相互作用的能力至關重要。使用液體彈珠的一個關鍵優勢是它們的大小和形狀，因為數千個只有毫米大小的球形顆粒可以直接安裝在大型反應堆中。

來自反應器的氣體撞擊液體彈珠，並附著在奈米顆粒外殼上（這一過程稱為“吸附”）。然後氣體與其中的液體反應，分離出二氧化碳 。最後我們透過回收技術，回收捕獲材料，並將二氧化碳儲存在地下。因為這一過程中，液體彈珠的高機械強度、反應性、吸附率和長期穩定性，這個過程將是一種更省時、更經濟的捕獲二氧化碳的方法。

哪這項技術目前存在什麼問題嗎？

儘管最近取得了一些進展，但液體彈珠的許多特性仍然難以捉摸。此外，目前測試液體彈珠的唯一方法是在實驗室進行物理實驗。物理實驗有其侷限性，例如難以測量表面張力和表面積，這是液體彈珠反應性和穩定性的重要指標。

在這種情況下，新的數學模型分析可以提高我們對這些性質的理解，並可以節省昂貴且耗時的實驗流程。

不僅僅是碳捕獲

大約20年前，對液態奈米材料的研究才剛剛開始，從那時起，不斷進行的研究使其成為一個廣受歡迎的研究方向，同時，液態奈米材料的應用也超越了碳捕獲。這項尖端技術不僅可以改變我們解決氣候問題的方式，還可以改變環境和醫療問題。

例如，磁性液體彈珠已經證明了其在生物醫學程式中的潛力，如藥物輸送，因為它們能夠在人體外使用磁鐵開啟和關閉。液體彈珠的其他應用包括氣體感測、酸度感測和汙染檢測。

隨著更多的建模和實驗研究的開展，液體彈珠的用途和範圍也將會進一步的擴大。