食品廢棄物化身「海綿」吸二氧化碳 可重複使用、化為肥料或生質燃料

記者許若茵／編譯

食品廢棄物未來可能成為重要的減碳工具，研究人員開發出一種由食品加工廢料製成的可重複使用微小珠體，能直接從空氣中捕捉二氧化碳。

根據政府間氣候變化專門委員會（IPCC）最新評估報告所提出的氣候情境，若要長期將全球暖化控制在1.5°C以下，除了大幅減少溫室氣體排放外，還需要能夠移除並儲存大氣中數千億噸二氧化碳的技術。

其中受到愈來愈多關注的方法之一，是直接空氣捕捉（DAC）技術，可直接從空氣中移除二氧化碳，研究機構與新創企業多年來持續改良DAC系統，2009年由蘇黎世聯邦理工學院衍生創立的Climeworks，是此領域最早商業化的企業之一。然而，直接空氣捕捉至今仍面臨成本高昂與能源需求龐大的挑戰。

蘇黎世聯邦理工學院研究團隊如今提出新的DAC方法，有望提升效率與永續性。研究成果刊登於《PNAS》期刊，由材料科學家Raffaele Mezzenga領導的團隊利用乳製品與豆腐製造過程產生的廢棄副產品來捕捉二氧化碳。

乳製品與豆腐生產過程中會產生大量富含蛋白質的液體，僅有少部分會被再次利用於食品製造，其餘大多遭到丟棄，研究人員從這些廢棄液體中萃取蛋白質，組裝成稱為類澱粉纖維的長鏈結構，再與氫氧化鉀結合，製成直徑約0.5至1公分的多孔珠體，這種材料如同海綿，可藉由氫氧化鉀吸收大量二氧化碳，當珠體暴露於空氣中時，內部的氫氧化鉀會與二氧化碳反應，形成碳酸氫鹽，藉此將二氧化碳從大氣中移除。

研究第一作者、Mezzenga團隊博士後研究員Zhou Dong表示，在環境空氣測試中，每克材料可捕捉97毫克二氧化碳，根據Dong說法，這項表現相當突出，較傳統DAC技術高出10%至50%，團隊估算，每公斤蛋白質珠體在單次運作循環中理論上可捕捉並封存100公克二氧化碳。

目前大多數直接空氣捕捉系統需透過加熱與負壓方式，將吸附材料中的二氧化碳釋放出來，再進行封存或轉化利用，以達到長期移除效果，然而產生熱能需要消耗大量能源，因此DAC通常只有在再生能源充足地區才較具經濟與環境效益。

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蘇黎世聯邦理工學院團隊則開發出不同方案，為釋放已捕捉的二氧化碳，研究人員以溫和酸液與鹼液交替噴灑蛋白質珠體約10分鐘，並在室溫下完成操作，此過程可破壞固定二氧化碳的化學鍵結，使二氧化碳被回收，酸液、鹼液以及蛋白質珠體之後皆可重複使用。

Dong表示，目前用於捕捉二氧化碳的合成材料通常很快便會分解，相較之下，蛋白質珠體可長時間保持穩定，實驗室測試顯示，珠體經過30次捕碳與釋碳循環後，效率並未出現明顯下降，研究團隊指出，即使未來經過數千次循環後吸附能力逐漸降低，需要更換材料，這些珠體仍可作為農業肥料使用，或轉化為生質燃料，由於材料完全由有機物組成且可生物分解，因此有望自然融入循環經濟模式。

團隊也進行生命週期分析，結果顯示，與現有DAC技術相比，新方法在整體生命週期內造成的環境污染較少，不過研究人員提到，仍需進一步研究確認該技術能否有效擴展至工業規模，以及在大型系統中是否能維持相同的二氧化碳捕捉效能。

雖然團隊尚未計算利用此系統移除每噸二氧化碳的確切成本，但Mezzenga預期其成本將明顯低於傳統直接空氣捕捉技術，這項技術因能耗低且原料來自廣泛存在的廢棄物，因此成本更低、永續性更高，未來有機會成為大氣二氧化碳移除領域的重要轉捩點。

資料來源：scitechdaily