莱斯大学开发出电化学碳捕集突破性技术

对于需要适应不断变化的温室气体排放标准和亟待能源转型的行业来说,莱斯大学研究人员开发的可降低各类二氧化碳捕获成本的新技术或许是颠覆性的。据《Nature》杂志发表的一项研究介绍,化学和生物分子工程师汪淏田实验室开发的这一系统,利用电诱导的水-氧电化学反应,可将各种物料(从烟气至大气)中的二氧化碳直接脱除。这一技术有可能让非主流的直接空气捕获(目前全世界只有18套装置在运营)成为缓解气候变化的前沿技术。

大多数碳捕获分两步:首先利用碱液将混合烟气中的酸性二氧化碳分离出来,然后通过加热或加入酸性液体从溶液中重新获得二氧化碳。只要采用溶剂捕集二氧化碳就需要再生。传统的胺洗涤温度为100～200 ℃,碳酸钙法则高达900 ℃。而这种新方法不会产生或消耗任何化学物质,也不需要加热或加压,只需插上电源就可以了。目前碳捕集技术的另一个缺点是它们依赖于大规模、集中的基础设施。相比之下,该实验室开发的系统采用了可扩展、模块化、现场的理念,可以适应各种情况。

汪淏田及其团队开发的这种反应器耗电少,可以连续脱除模拟烟气中的二氧化碳,效率在98%以上。50 W的灯泡在1 h消耗的电能会产生10～25 L的高纯度二氧化碳。该反应器由进行氧化还原反应的阴极、实施析氧反应的阳极和高效传导离子的紧凑且多孔的固体电解质层组成。较早版本的反应器用于将二氧化碳还原为纯液体燃料,并将氧气还原为纯过氧化氢溶液。在此之前,该研究小组的研究重点是利用二氧化碳生产乙酸、甲酸等纯液体产品。在研究过程中他们观察到,液体中有气泡从反应器中部冒出。刚开始,这一现象没有引起注意,随着电流增大,出现更多气泡,表明彼此之间存在联系,并非偶然现象,由此研究人员才意识到二氧化碳分子在阴极发生了还原反应产生了碳酸根离子,碳酸根离子穿过固体电解质层与阳极质子(水氧化产生)结合,形成了高纯度二氧化碳气流。

[靳爱民摘译自Science News,2023-06-28]