史丹佛大學開發低能耗碳捕捉技術，助力全球減碳

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史丹佛大學的研究團隊開發了一種創新且低能耗的方法，透過加熱礦物來快速捕捉大氣中的二氧化碳。這項技術增強了自然風化過程，能夠以前所未有的速度吸收碳，並可與農業和工業相結合，不僅有助於去除碳排放，還能改善農作物生長及土壤健康。

突破性的碳捕捉技術：低成本、高效能

史丹佛大學人文與科學學院化學教授馬修·卡南（Matthew Kanan）領導的研究團隊，開發了一種能永久性去除大氣中二氧化碳的經濟可行方法，研究成果已發表於《自然》（Nature）期刊。他們的技術透過熱處理普通礦物，使其轉變為高反應性的材料，能自然吸收並儲存二氧化碳。

卡南教授指出：「地球擁有豐富的礦物可以去除大氣中的二氧化碳，但它們的自然反應速度太慢，無法抵消人類的溫室氣體排放。我們的研究提供了一種獨特且可擴展的解決方案。」

加速風化過程，實現快速碳固定在自然界中，矽酸鹽礦物會與水和二氧化碳發生風化作用，形成穩定的碳酸鹽和碳酸氫根離子，但這一過程可能需要數百甚至數千年。自 1990 年代以來，科學家一直在尋找加速風化的技術，以提高岩石對二氧化碳的吸收速率。

史丹佛大學的博士後研究員陳宇軒（Yuxuan Chen）與卡南教授共同開發了一種新工藝，能將緩慢風化的矽酸鹽轉化為更具反應性的礦物，以快速捕獲和儲存大氣中的碳。這項技術的開發也獲得史丹佛大學永續發展加速器的支持。

「我們設想了一種新的化學方法，透過簡單的離子交換反應來活化惰性矽酸鹽礦物，結果顯示其效果比我們預期的還要好。」陳博士表示。

靈感來自水泥製造，碳捕捉更高效

這項技術的靈感來自於傳統水泥生產。水泥製造的第一步是將石灰石加熱至約 1,400°C，使其轉變為氧化鈣。史丹佛的研究團隊採用類似的方法，但不是與沙子混合，而是將氧化鈣與含鎂和矽酸鹽的礦物結合，經過高溫處理後，形成能與空氣酸性二氧化碳快速反應的氧化鎂和矽酸鈣。

這些礦物與二氧化碳接觸後，會快速反應並轉變為穩定的碳酸鹽礦物。在室溫條件下，這些材料僅需兩小時即可完全碳化，而在更接近現實環境的測試中，暴露於空氣中的濕潤樣品可在數週至數月內完成碳化，速度比自然風化快數千倍。

應用於農業與工業，兼具環保與經濟效益

這種技術的潛在應用範圍廣泛，不僅能夠在大面積土地上捕捉二氧化碳，還可應用於農業，提高土壤品質。「農民通常使用碳酸鈣來調節土壤 pH 值，而我們的材料不僅能替代石灰，還能釋放可被作物吸收的矽元素，提升產量與抵抗力。」卡南教授解釋道。

此外，這項技術還可與現有的水泥生產設備整合，利用工業窯爐大量生產反應性礦物，進一步降低成本並提高實用性。

擴大規模：從實驗室到全球影響

目前，史丹佛團隊的實驗室每週可生產約 15 公斤材料，但要達到全球影響規模，每年需要生產數百萬噸氧化鎂與矽酸鈣。研究團隊計劃利用採礦業產生的尾礦作為原料，例如橄欖石和蛇紋石，這些礦物儲量豐富，並且每年全球產生超過 4 億噸適用的礦山尾礦，為大規模應用提供了潛在來源，估算地球有超過十兆噸橄欖石和蛇紋石儲量，足夠永久性清除比人類排放的二氧化碳還多更多。

研究人員估算，考慮燃燒天然氣或生物燃料供能窯爐所產生的碳排放後，每噸反應性材料仍可去除約 1 噸二氧化碳。而 2024 年全球化石燃料排放預計超過 370 億噸，這項技術若能大規模應用，將對減緩氣候變遷帶來重大影響。

邁向無碳未來：發展電爐技術

為了進一步減少碳足跡，卡南教授與史丹佛電機工程學院副教授喬納森·范（Jonathan Fan）合作，開發利用電能而非燃燒化石燃料的窯爐。「目前人們已經知道如何每年生產數十億噸水泥，而且水泥窯可以運作幾十年。” “如果我們利用這些知識和設計，那麼從實驗室發現到大規模碳去除就會有一條清晰的路徑。」卡南教授表示。

若能成功推動工業化應用，將成為對抗氣候變遷的重要突破，幫助人類邁向更永續的未來。

文獻參考

（首圖來源：Bill Rivard / Precourt Institute for Energy）

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