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什么是

二氧化碳捕集

二氧化碳捕集是一系列能够在二氧化碳自人为来源（如燃烧化石燃料）中产生并释放到大气层之前，将其排放量降至最低的技术。科学家们也在考虑直接空气捕集（DAC）技术，该技术可通过一系列化学或物理过程从空气中去除二氧化碳。

化石燃料相关的二氧化碳排放，尤其是发电厂的排放，在整体二氧化碳排放中占据主要部分，因此两种关键的二氧化碳捕集技术（燃烧前捕集和燃烧后捕集）正在开发中。此外，农业和化工等经济产业也会向大气中大量排放二氧化碳，因此针对这些领域的二氧化碳捕集技术也亟需开发。

为什么二氧化碳捕集如此重要

人类活动向大气中排放的二氧化碳已经超过了自然过程能够吸收的能力。

全球大气中二氧化碳的平均浓度已达到419.3ppm，这一数值较工业革命前高出50%。
二氧化碳是地球上最重要的温室气体，它吸收并释放热量。向空气中排放更多二氧化碳会导致全球气温上升。

2023年地球表面平均温度较1880年有记录以来高出1.36摄氏度。科学证据表明，人类活动是二氧化碳浓度上升和当前气候变化的主要原因。
世界各国领导人及政策制定者正日益要求将碳捕获技术纳入各类生产流程。

目标是应对气候变化，及其带来的极端天气加剧和海平面上升风险,以及对粮食生产和生物多样性造成的影响。

二氧化碳捕集技术

胺洗涤技术

胺洗涤技术通过二氧化碳与胺之间的酸碱反应，使二氧化碳溶解于胺溶液中。科学家们正在设计新型胺，以减少溶剂再生所需的能量。
利用金属有机框架材料和碳有机框架材料进行吸附

金属有机框架（MOFs）和共价有机框架（COFs）是一种多孔晶体材料，其分子构建块通过强键连接形成预先确定的结构。这些材料具有极高的孔隙率（高达7000平方米/克），且孔隙中战略性设计的二氧化碳结合位点，使其能在相对较低的压力下实现高二氧化碳吸附容量。MOFs和COFs的精确结构也为与人工智能技术集成提供了理想平台，以开发突破性的多孔材料。
复合材料

科学家们还在寻找新的电化学、膜技术和生物化学方法，以从烟气中或直接从空气中捕获二氧化碳。

未来发展方向

"人工智能正在彻底改变材料研究与开发的过程。
借助人工智能，可以快速锁定具有更高二氧化碳吸附能力和选择性的材料。
人工智能能提供什么："

寻找二氧化碳捕集框架中最佳的建筑单元、交互组以及结构拓扑。

01
设计新型材料的合成路线。

02
根据各种参数评估材料性能。

03
研究方案的全程管理。

04
兼具洗涤法的高处理能力和吸附材料的经济优势的复合材料是理想的选择。

05
需要新的化学工程设计来将该技术应用于不同场地。

06

影响领域

发电厂

可持续农业

石油精炼

什么是氢气储存，
它为什么如此重要？

氢气是一种理想的清洁能源，因为其燃烧后唯一产生的产物是水，且不会释放温室气体或对环境有害的化合物。氢气在汽车应用中具有特别的吸引力，因为它是一种零排放燃料，储量丰富，且在液化后其能量密度是汽油的三倍。基于氢气的完整系统包括其生产、输送、储存以及燃料电池技术。其中，氢气储存技术在这一发展过程中扮演着关键角色。

氢气在常温常压下的固有波动性给其在加压储罐中的物理储存带来了重大挑战，而此类储罐通常仅能提供较低的体积能量密度。为了提升氢气作为日常燃料的实用性，亟需开发成本低廉、重量轻且具备可逆氢气吸附能力、储氢密度高于液态氢的材料。

氢气储存技术

低温储存

氢气可在低温高压条件下液化。液态氢已被美国国家航空航天局用于推动航天飞机进入轨道，而如今部分车辆已开始使用加压氢气作为燃料。然而，液态氢的低温储存伴随着高运营成本及低温储罐重量的增加。
化学储存材料

化学储氢材料能够与氢形成化学键，因此氢气可以以化学方式储存。金属氢化物、硼烷或咪唑鎓离子液体等材料已被广泛研究用于此目的。然而，由于吸附和脱附过程涉及化学键的形成与断裂，该技术通常存在动力学较慢的问题。氢气中的潜在杂质也会迅速使材料失活，影响其循环性能。
物理存储材料

在不形成化学键的情况下，物理储氢材料能够在相对较低的压力和非极端温度条件下有效吸附氢气。金属有机框架具有高比表面积、低密度和易于功能化的特点，因此能够开发出具有高质量和体积氢吸附能力的储氢材料。然而，其储氢容量仍待进一步提升。

未来发展方向

美国能源部（DOE）2025年氢储存系统的目标是实现0.055 kg(H2) kg−1的质量吸附率和0.04 kg(H2) L−1的体积容量，同时保持在-40至60°C的操作温度范围内快速加注时间和高循环稳定性。科学家们仍在研究不同的方案以达到这一目标。

借助人工智能技术，具有更高氢气吸附能力的金属有机框架材料是实现2025年目标及长期目标（质量吸附量为0.065 kg(H2) kg−1，体积吸附容量为0.05 kg(H2) L−1）的有力候选材料。
人工智能能提供哪些帮助：

系统性地计算MOF材料对H₂的吸附热，作为MOF材料与氢气相互作用的有力指标。

01
在孔隙工程方面（包括孔径、形状、连通性以及金属序列和分布）对材料的优化，以提升氢气的质量密度和体积密度。

02
寻找最佳的合成单元和新材料的相应合成路线。

03
研究方案的全程管理。

04

什么是农业化学

农业化学是化学的一个分支，专注于研究和应用农业中的化学过程和产品。这一领域涵盖了广泛的主题，包括肥料、农药、除草剂和植物生长调节剂的开发与应用，以提高作物产量并保护植物免受害虫和疾病的侵害。农业化学家致力于研究这些化学物质与环境之间的相互作用，旨在提高农业实践的效率和可持续性。通过研究农业中使用的物质的化学性质和反应，农业化学有助于优化作物的生长和健康，同时尽量减少对生态系统的不利影响。
农业化学融合了有机化学、生物化学和环境科学的原则，致力于为农业行业开发创新解决方案。通过深化对化学投入物如何影响农业系统的理解，农业化学在以可持续和环境负责的方式满足全球日益增长的粮食需求方面发挥着关键作用。

为什么农业化学如此重要

农业化学之所以重要，是因为它在提高农业生产力和可持续性方面发挥着关键作用。

通过理解并应用化学原理于农业领域，农业化学家研发出为作物提供必需营养素的肥料，从而提高作物产量并提升农产品质量。农业化学还涉及研发杀虫剂和除草剂，以保护作物免受害虫和杂草的侵害，减少损失并确保更稳定的粮食供应。
此外，农业化学对环境保护和可持续农业至关重要。

该研究致力于开发环保型和可生物降解的农业化学品，以最大限度地减少对生态系统的危害。通过研究农业化学品与环境之间的相互作用，农业化学家致力于减少污染并减轻农业活动对土壤、水和空气质量的负面影响。
通过这种方式，农业化学有助于创建可持续的农业系统，不仅生产充足的食物，还能保护自然资源供后代使用。

农业化学促进技术

杂草防治与植物生长调节剂的改进

除草剂用于控制或消除与作物争夺阳光、水分和养分等资源的杂草。它们在现代农业中发挥着至关重要的作用，通过提高作物产量、降低劳动力成本和提升农业作业效率来促进农业发展。另一方面，选择性植物生长调节剂在提升农业生产效益方面也极为高效。
农药研发

农药是确保作物免受害虫、疾病和昆虫侵害的必需化学品，这些害虫可能显著降低农业产量和食品质量。安全农药（包括杀虫剂）的研发进展有助于通过减少作物损失来保障稳定充足的食品供应，同时致力于开发更安全、更有效且环保的害虫防治解决方案。
肥料改良

化肥技术的进步有助于最大限度地提高农业产量，保障粮食安全，并通过减少对过量化学投入品的需求，促进可持续农业实践。

未来发展方向

人工智能在推动农用化学品的设计与开发革命中发挥着至关重要的作用。借助人工智能，科学家能够研发出更高效、更安全的除草剂、杀虫剂、植物生长调节剂及肥料。人工智能能带来什么：

更准确地预测与农业化学相关的分子性质。

01
开发具有所需特性且安全的创新农用化学品，包括更高的预计可合成性。

02
设计新型农药的合成路线。

03
农化产品DSTA周期的全程管理。

04

影响领域

作物生产

害虫与疾病防治

土壤健康

环境保护

动物营养

食品安全

什么是润滑剂

润滑剂是涂抹在相接触的表面上的物质，旨在减少它们之间的摩擦和磨损。不同类型的润滑剂通过多种机制发挥作用，以确保机械和机械系统的高效、可靠和持久运行。

改良的润滑剂能带来更顺畅的运行、更低的维护需求以及机器和系统的整体性能提升。润滑剂通过防止表面直接接触，延长了机械部件的使用寿命。它们减少了运动部件之间的摩擦，提高了效率并降低了能耗。

为什么润滑剂如此重要

寻找新型润滑剂对于提升效率、延长设备使用寿命、降低维护成本以及满足环保法规至关重要。

高级润滑剂能够提升性能、支持可持续发展目标，并适应各行业不断变化的技术需求。
润滑剂的生产涉及多个阶段，每个阶段都采用特定的技术和工艺，

以确保最终产品符合预期的规格。
润滑剂的分子设计是一项高技术、跨学科的过程，融合了化学、材料科学和工程学。

该过程不仅能提升设备的运行效率和使用寿命，也能有效解决环境保护与监管合规性问题。