虽然利用可再生能源发电的系统正变得越来越普遍，但这些系统可能还需要一段时间才能完全取代依赖燃烧化石燃料的解决方案。与此同时，研究人员一直在努力开发能够减轻碳排放对地球气候和环境不利影响的技术。
近年来，碳捕获已成为减少大气中温室气体（尤其是二氧化碳）存在的一种有前途的解决方案。顾名思义，碳捕获是指捕获工业工厂和其他人类活动排放的二氧化碳，然后将其封存在地下或重新利用。
虽然过去几年已经引入了几种碳捕获系统，但大多数要么成本过高，要么耗能过高。这些挑战迄今为止限制了它们的商业化和广泛部署。
莱斯大学的研究人员最近介绍了一种一步法，可实现从含碳溶液中电化学再生二氧化碳，这通常是碳捕获技术中最耗能的步骤。他们的论文发表在《自然能源》杂志上，为工业场所高效捕获二氧化碳开辟了令人兴奋的新可能性，进而有助于减少地球上的空气污染。
“传统的碳捕获技术通常消耗大量热量，再生过程涉及多个步骤，”Xiao Zhang、Zhiwei Fang 及其同事在论文中写道。“我们展示了在模块化多孔固体电解质 (PSE)反应器中从含碳溶液中一步电化学再生 CO 2和碱性吸收剂。”
研究人员表明，碳酸氢盐溶液可以通过氢析出反应和氢氧化反应 (HER/HOR) 氧化还原电解连续转化回高纯度 CO₂ 气体。该过程使用模块化固体电解质反应器进行了演示。
“通过进行氢析出和氧化还原反应，我们的 PSE 反应器选择性地将 NaHCO 3 /Na 2 CO 3溶液（通常来自空气接触器中的 CO 2吸收后）分解为阴极电解液中的 NaOH 吸收剂和 PSE 层中的高纯度 CO 2气体，”Zhang、Fang 及其同事写道。“没有消耗任何化学物质，也没有产生任何副产品。”
研究团队开发和使用的模块化固体电解质反应器可高效地从（重）碳酸盐溶液中再生高纯度 CO₂。在初步测试中，该反应器表现出较高的 Na+ 离子迁移数（~90%）、较高的捕获容量保持率（~90%）和较低的能耗（1 mA cm −2时为 50 kJ mol CO 2 −1，100 mA cm −2 时为118 kJ mol CO 2 −1）。
值得注意的是，反应堆在运行超过 100 小时后仍保持稳定性。这些令人鼓舞的结果凸显了该团队提出的二氧化碳再生方法的潜力，表明它可能成为传统热再生工艺的有希望的替代方案。
研究人员写道： “我们实现了高达 1 A cm −2 (~18 mmol cm −2 h −1 ) 的工业相关碳再生率，凸显了其良好的应用潜力。”
张、方及其同事的最新研究可能会启发其他团队测试这种替代的二氧化碳再生方法及其提高碳捕获技术能源效率的潜力。作为未来研究的一部分，研究人员计划扩大反应堆的规模，同时改进其设计以获得更好的结果。
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