萊斯大學(xué)開發(fā)出電化學(xué)碳捕集突破性技術(shù)

對于需要適應(yīng)不斷變化的溫室氣體排放標準和亟待能源轉(zhuǎn)型的行業(yè)來說,萊斯大學(xué)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(shù)或許是顛覆性的。據(jù)《Nature》雜志發(fā)表的一項研究介紹,化學(xué)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(dǎo)的水-氧電化學(xué)反應(yīng),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(shù)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(shù)。

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(chǎn)生或消耗任何化學(xué)物質(zhì),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(shù)的另一個缺點是它們依賴于大規(guī)模、集中的基礎(chǔ)設(shè)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(yīng)各種情況。

汪淏田及其團隊開發(fā)的這種反應(yīng)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(chǎn)生10～25 L的高純度二氧化碳。該反應(yīng)器由進行氧化還原反應(yīng)的陰極、實施析氧反應(yīng)的陽極和高效傳導(dǎo)離子的緊湊且多孔的固體電解質(zhì)層組成。較早版本的反應(yīng)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(chǎn)乙酸、甲酸等純液體產(chǎn)品。在研究過程中他們觀察到,液體中有氣泡從反應(yīng)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(yīng)產(chǎn)生了碳酸根離子,碳酸根離子穿過固體電解質(zhì)層與陽極質(zhì)子(水氧化產(chǎn)生)結(jié)合,形成了高純度二氧化碳氣流。

[靳愛民摘譯自Science News,2023-06-28]