對于需要適應不斷變化的溫室氣體排放標準和亟待能源轉型的行業(yè)來說,萊斯大學研究人員開發(fā)的可降低各類二氧化碳捕獲成本的新技術或許是顛覆性的。據(jù)《Nature》雜志發(fā)表的一項研究介紹,化學和生物分子工程師汪淏田實驗室開發(fā)的這一系統(tǒng),利用電誘導的水-氧電化學反應,可將各種物料(從煙氣至大氣)中的二氧化碳直接脫除。這一技術有可能讓非主流的直接空氣捕獲(目前全世界只有18套裝置在運營)成為緩解氣候變化的前沿技術。

大多數(shù)碳捕獲分兩步:首先利用堿液將混合煙氣中的酸性二氧化碳分離出來,然后通過加熱或加入酸性液體從溶液中重新獲得二氧化碳。只要采用溶劑捕集二氧化碳就需要再生。傳統(tǒng)的胺洗滌溫度為100～200 ℃,碳酸鈣法則高達900 ℃。而這種新方法不會產生或消耗任何化學物質,也不需要加熱或加壓,只需插上電源就可以了。目前碳捕集技術的另一個缺點是它們依賴于大規(guī)模、集中的基礎設施。相比之下,該實驗室開發(fā)的系統(tǒng)采用了可擴展、模塊化、現(xiàn)場的理念,可以適應各種情況。

汪淏田及其團隊開發(fā)的這種反應器耗電少,可以連續(xù)脫除模擬煙氣中的二氧化碳,效率在98%以上。50 W的燈泡在1 h消耗的電能會產生10～25 L的高純度二氧化碳。該反應器由進行氧化還原反應的陰極、實施析氧反應的陽極和高效傳導離子的緊湊且多孔的固體電解質層組成。較早版本的反應器用于將二氧化碳還原為純液體燃料,并將氧氣還原為純過氧化氫溶液。在此之前,該研究小組的研究重點是利用二氧化碳生產乙酸、甲酸等純液體產品。在研究過程中他們觀察到,液體中有氣泡從反應器中部冒出。剛開始,這一現(xiàn)象沒有引起注意,隨著電流增大,出現(xiàn)更多氣泡,表明彼此之間存在聯(lián)系,并非偶然現(xiàn)象,由此研究人員才意識到二氧化碳分子在陰極發(fā)生了還原反應產生了碳酸根離子,碳酸根離子穿過固體電解質層與陽極質子(水氧化產生)結合,形成了高純度二氧化碳氣流。

[靳愛民摘譯自Science News,2023-06-28]