二氧化碳排放是一个主要的全球威胁。人类活动，即燃烧化石燃料，每年向大气中释放相当于 400 亿吨的温室气体，导致全球气温升高。
预计到 2040 年，全球气温将比工业化前水平上升 1.5°C；人类需要将其限制在这种温度上升的范围内，以避免气候变化最危险的影响。需要立即大幅减少排放，以确保我们星球的未来。
马赛克材料：负排放技术
实现这一目标的一种方法是使用负排放技术 (NET)，它可以去除和隔离有害气体，防止其被释放到大气中。此类技术很可能成为减轻气候变化影响的重要战略的一部分。
位于加利福尼亚的清洁技术创新者Mosaic Materials旨在利用先进材料创造更清洁的未来。它在专有的气体分离技术中利用一种称为金属有机框架 (MOF) 的有前途的 NET，该技术可选择性地从气体混合物中去除污染物，例如 CO 2。
Mosaic Materials 的高效 CO 2去除技术降低了化石燃料的成本和环境影响，可用于潜艇以提高可呼吸空气的质量，或在发电厂中从废气中去除 CO 2。
使用金属有机框架的气体分离解决方案
Mosaic Materials 的新型气体分离解决方案依赖于金属有机框架，这是一类高度多孔的结晶固体，其功能本质上类似于用于气体的超高容量海绵。
MOF 已经存在了 20 年，但直到最近十年才出现了爆 炸式的研究。它们由金属离子或簇和一种称为接头的有机分子组成，结构可能是一维、二维或三维。MOF 的结构和性质由金属和连接体的选择决定。
MOF 具有非常高的内表面积。大约 1 克 MOF——大约相当于一个方糖——的表面积可以超过一个足球场的大小。它拥有大量的吸附位点，气体分子会吸附在这些位点上，这意味着少量的 MOF 可以从燃烧化石燃料产生的废气中去除大量的 CO 2。
MOF 的吸附位点可以通过化学方式进行调整，以从复杂的气体混合物中选择性地捕获特定气体。通过改变吸附位点的化学性质，MOF 可以设计为精心捕获和去除 CO 2，使用的能源比竞争性 CO 2去除技术少得多。
Mosaic 气体分离解决方案的独特性能特征依赖于协同结合，该工艺首先由该公司的联合创始人 Thomas McDonald 博士、Jeffrey Long 教授和加州大学伯克利分校的 Steven Kaye 博士开发。
这种独一无二的类似开关的机制使 MOF 能够比其他吸附剂更有效地吸附大量 CO 2，然后在适中的温度或压力下进行再生，从而显着提高能源效率并降低成本。
该过程是为有效地除去CO的优化2从电厂的烟道气，这表明CO 2可以以高效率，低成本地除去。此外，该技术显着优于吸收和蒸馏等其他气体分离技术。
潜在应用
事实证明，MOF 在多种应用中很有趣，包括二氧化碳和氢气等气体的储存、生物成像和传感以及药物输送系统。其他受到关注的领域是气体净化和气体分离、作为导电固体的催化以及作为能量存储的超级电容器。
Mosaic Materials 正在研究多种利用金属有机框架的气体分离解决方案。MOF 技术可用于通过在排放到大气中之前从废气混合物中捕获温室气体来减缓大型排放源（例如煤和天然气发电厂以及其他工业来源）的 CO 2排放速度。
它还具有改善密闭空间（例如潜艇）或太空任务中的呼吸空气质量的潜力。MOF 旨在从空气中选择性地去除潜水员和宇航员呼出的CO 2，使其能够安全地再循环。
该技术还可用于石蜡和烯烃的分离。天然气用作制造化学品和塑料的原料；Mosaic 的新 MOF 技术可以取代目前用于从气体混合物中分离乙烯和丙烯（用于塑料）的能源密集型工艺。
该技术还可用于对天然气进行脱硫。这是去除二氧化碳、硫化氢和硫醇（有机硫化合物）等杂质以使其安全运输和销售的过程。由于二氧化碳和硫化氢具有腐蚀性，因此必须对气体进行脱硫，从而影响天然气管道，并且对人体有毒。
使用金属有机框架进行气体分离的未来
Mosaic成立于 2014 年，专门为追求用于 CO 2分离过程的 MOF 的商业化生产，声称其技术可用于从几乎任何气体混合物中分离温室气体，从原始天然气到再循环呼吸空气。它当然很有希望，最近获得了美国能源部国家可再生能源实验室颁发的早期杰出风险投资奖。
相对而言，该技术仍处于起步阶段。需要更多的研究来降低工艺成本并进一步改进材料。目前，去除二氧化碳的成本在每吨 500 至 1000 美元之间。这种高成本可归因于再生 MOF 吸附剂所需的能量，以便它可以用于捕获更多的 CO 2。
该公司的目标是通过开发具有高捕获率、快速气体吸附动力学和较低再生温度的材料，将成本降低到每吨 100 美元左右。它还希望限制水的共吸附，以减少解吸过程中浪费的能量。