甲烷是一種比二氧化碳強得多的溫室氣體，它在大氣中存在的前20年內就有明顯的影響。在最近于格拉斯哥舉行的國際氣候活動中，減少甲烷排放被確定為試圖迅速遏制全球氣候變化的一個主要優先事項。
現在，麻省理工學院(MIT)的一個研究小組已經想出了一種非常的方法來控制甲烷排放並將其從空氣中清除，其使用的是一種廉價而豐富的粘土–被稱為泡沸石。這些發現已發表在《ACS Environment Au》上，文章由博士生Rebecca Brenneis、副教授Desiree Plata及另外兩人撰寫。
Plata稱，儘管許多人將大氣中的甲烷跟石油和天然氣的鑽探和壓裂聯繫起來，但這些來源只佔全球甲烷排放量的18%左右。絕大多數排放的甲烷來自諸如刀耕火種的農業、奶牛養殖業、煤炭和礦石開採、濕地和永久凍土的融化等來源。她說道：“進入大氣層的很多甲烷都是來自分佈式的擴散源，所以我們開始思考如何能將其從大氣層中取出。”
研究人員發現的答案是一種很便宜的東西–事實上，是一種特殊的“泥土”或粘土。他們使用了泡沸石粘土，這種材料非常便宜，目前被用來製造貓砂。研究小組發現，用少量的銅來處理泡沸石，能夠讓這種材料非常有效地吸收空氣中的甲烷-即使是在極低的濃度下。
儘管在工程細節上還有很多工作要做，但該系統在概念上非簡單。在實驗室測試中，類似於貓砂的銅增強泡沸石材料的微小顆粒被裝入一個反應管中，然後在甲烷含量從百萬分之二到百分之二的氣體流經該管時，從外部加熱。這一範圍涵蓋了大氣中可能存在的一切，低至不能直接燃燒或燃燒的亞可燃水平。
Plata指出，跟其他從空氣中去除甲烷的方法相比，該工藝有幾個優勢。其他方法往往使用昂貴的催化劑如鉑或鈀，它們需要至少600攝氏度的高溫，並且往往需要在富含甲烷的氣流和富含氧氣的氣流之間進行複雜的循環，由於甲烷和氧氣本身和結合起來都是高度可燃的，所以這意味着設備更加複雜、風險更大。
Brenneis表示：“他們運行這些反應器的600度溫度使得在甲烷周圍幾乎是危險的。他們通過創造一種會發生爆炸的情況來解決這個問題。”其他工程上的複雜問題也來自於高操作溫度。不足為奇的是，這樣的系統並沒有找到多少用途。
至於新工藝，“我認為我們仍對它的效果感到驚訝，”Plata說道。據了解，這種工藝似乎在約300攝氏度時有其峰值效力，這需要比其他甲烷捕獲工藝少得多的加熱能源。它還可以在比其他方法更低的甲烷濃度下工作，甚至是1%的小分量，而大多數方法都無法去除，並且是在空氣中而不是在純氧中進行，這對於現實世界的部署是一個重大優勢。
這種方法使用的將甲烷轉化為二氧化碳這聽起來可能是一件壞事，因為全世界都在努力打擊二氧化碳排放。對此，Plata表示：“很多人聽到‘二氧化碳’就會驚慌失措；他們說‘這很糟糕’。”但她指出，二氧化碳在大氣中的影響比甲烷要小得多，甲烷作為溫室氣體在頭20年內約強80倍，在頭一個世紀內約強25倍。這種影響產生於這樣一個事實，即甲烷在大氣中隨着時間的推移會自然地變成二氧化碳。她說，通過加速這一過程，這種方法將大大減少近期的氣候影響。而且，即使將大氣中一半的甲烷轉化為二氧化碳也會使後者的水平增加不到百萬分之1（約為今天大氣中二氧化碳的0.2%），與此同時，還能節省約16%的總輻射變暖。
該小組認為，這種系統的理想位置是在有相對集中的甲烷來源的地方，如乳品倉庫和煤礦。這些來源已經傾向於有強大的空氣處理系統，因為甲烷的積聚可能是一個火災、健康和爆炸的危險。為了克服懸而未決的工程細節，該團隊剛剛從美國能源部獲得了一筆200萬美元的撥款以繼續開發用於在這些類型的地點清除甲烷的具體設備。
她說道：“開採空氣的關鍵優勢是，我們會移動大量的空氣。你必須把新鮮空氣拉進來使礦工能夠呼吸並減少富集的甲烷袋的爆炸風險。因此，在礦井中移動的空氣量是巨大的。”她繼續指出，甲烷的濃度太低，無法點燃，但它是在催化劑的最有效點。
將該技術適用於特定地點應該是相對簡單的。Plata表示，團隊在測試中使用的實驗室設置包括“只有幾個組件，而你放在牛棚里的技術也可能相當簡單。”然而，大量的氣體並不那麼容易在粘土中流動，因此下一階段的研究將集中在如何將粘土材料構造成多尺度、分層次的配置以幫助空氣流動。
斯坦福大學地球系統科學教授Rob Jackson指出：“我們需要新的技術來氧化甲烷，其濃度低於火炬和熱氧化器中使用的濃度。今天還沒有一種具有成本效益的技術來氧化濃度低於約2000ppm的甲烷。”據悉，他沒有參與這項研究。
另外，他還補充稱：“對於擴大這項工作和所有類似工作的規模仍存在許多問題。催化劑在現場條件下會有多快變質？我們能否使所需的溫度更接近環境條件？當處理大量的空氣時，這種技術的可擴展性如何？”
新系統的一個潛在的主要優勢是所涉及的化學過程釋放熱量。通過催化氧化甲烷，實際上該過程是一種無火焰的燃燒形式。如果甲烷濃度高於0.5%，釋放的熱量就會大於用於啟動該過程的熱量，而這些熱量可以用來發電。
Plata指出，該團隊的計算表明–“在煤礦，你有可能產生足夠的熱量以發電廠的規模發電，這是很了不起的，因為這意味着該設備可以為自己付費。大多數空氣捕集解決方案要花費很多錢且永遠不會有利潤。我們的技術有一天可能會成為一個反例。”
此外，她還表示，通過利用新的撥款，“在未來18個月里，我們的目標是展示一個概念證明，這可以在現場工作，”而那裡的條件可能比實驗室里更具有挑戰性。最終，他們希望能製造出跟現有空氣處理系統兼容的設備，並且可以簡單地作為一個額外的組件添加到地方。Plata說道：“煤礦的應用是為了達到三年後你可以交給商業建築商或用戶的階段。”