电化学反应器可使直接空气捕获更加节能

Josiah02 · 发表于 2024-10-30 21:38:22

莱斯大学的研究人员开发出了一种电化学反应器，它有可能大幅降低直接空气捕获的能耗，即直接从大气中去除二氧化碳。
通过实施更灵活、更具可扩展性的二氧化碳减排策略，新型反应堆设计有望成为解决排放对气候和生物圈影响这一紧迫问题的一部分。
《自然能源》杂志的一项研究表明，这种专用反应堆具有模块化的三室结构，其核心是精心设计的多孔固体电解质层。赖斯大学化学和生物分子工程师王浩天的实验室一直在研究工业脱碳和能源转换与储存解决方案，他说这项工作“代表了从大气中捕获碳的重大里程碑”。
“我们的研究结果为使碳捕获在广泛的行业中更具成本效益和实用性提供了机会，”该研究的通讯作者，化学和生物分子工程副教授王说。
该装置已实现工业级含碳溶液中二氧化碳再生速率。其性能指标（包括长期稳定性和对不同阴极和阳极反应的适应性）展示了其大规模工业应用的潜力。
王先生表示：“这项技术的主要吸引力之一是它的灵活性。”他解释说，它可以与不同的化学物质一起使用，并可用于联产氢气。“在直接空气捕获过程中联产氢气可以大大降低下游制造净零燃料或化学品的资本和运营成本。”
新技术提供了一种替代直接空气捕获工艺的高温方法，后者通常需要将混合气流通过高 pH 值液体，以过滤掉酸性气体二氧化碳。该工艺的第一步是将气体分子中的碳和氧原子与液体中的其他化合物结合在一起，形成不同强度的新键，具体取决于用于捕获二氧化碳的化学物质的类型。
该过程的下一个主要步骤是从这些溶液中回收二氧化碳，这可以通过加热、化学反应或电化学过程来完成。
莱斯大学博士后研究员、该研究的共同第一作者方志伟表示，传统的直接空气捕获技术倾向于使用高温过程从吸附剂或二氧化碳过滤剂中再生二氧化碳。
方说：“我们的工作重点是利用电能而不是热能来再生二氧化碳。”他补充说，这种方法还有其他几个好处，包括它在室温下工作，不需要额外的化学品，也不会产生不需要的副产品。
用于捕获二氧化碳的化学物质类型各有优缺点。胺基吸附剂应用最为广泛，部分原因是它们形成的键较弱，这意味着从溶液中分离二氧化碳所需的能量较少。然而，它们毒性极强且不稳定。尽管使用氢氧化钠和氢氧化钾等吸附剂的基本水基溶液是一种更环保的替代品，但它们需要更高的温度才能释放二氧化碳。
王说：“我们的反应器可以高效地分离碳酸盐和碳酸氢盐溶液，在一个腔室中生产碱性吸收剂，在另一个腔室中生产高纯度二氧化碳。我们的创新方法优化了电输入，以有效控制离子运动和质量转移，从而降低能量障碍。”
王表示，他希望这项研究能够激励更多行业追求可持续发展的进程，并推动迈向净零未来的势头。
该研究的其他作者包括前莱斯大学博士后研究员张晓、莱斯大学博士校友、前博士后科学家朱鹏和夏阳。

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