对抗气候变化的重要武器：二氧化碳“捕手”

编译／雷鑫宇  审稿／三水  责编／张梦

研究人员设计了一种基于电化学原理的捕碳系统，其有效性几乎不受二氧化碳浓度的影响。新系统的成本和能耗较现有技术大幅度降低。  

新系统示意图。空气从右上角进入电池室（灰色矩形结构），电极吸收二氧化碳，不含二氧化碳的气流进入另一个腔室。随后，电池室中积聚的二氧化碳被冲入右侧的单独存储室。在新系统中，两步工艺可实现连续操作。

二氧化碳是导致全球变暖的元凶之一。虽然工程师们已经开发了很多去除二氧化碳的装置，但它们大多只对高浓度二氧化碳有效。

据techxplore.com网站近日报道，美国麻省理工学院博士后研究人员Sahag Voskian和化学工程教授T. Alan Hatton等制造了一种去除二氧化碳的新装置。它的有效性几乎不受气体浓度的影响，甚至在400ppm浓度下适用。新装置有可能成为人类对抗气候变化的重要武器。

Voskian等在《能源与环境科学》杂志发布了相关研究成果。从本质上讲，新装置是一块大型专用电池。

当它充电时，每一块电极的表面都会发生电化学反应。电极表面涂覆有基于碳纳米管的聚蒽醌化合物。

电极对二氧化碳有“天然的亲和力”，即使二氧化碳的浓度很低，电极材料也能很容易得与原料气中的二氧化碳分子发生反应。当电池放电时，不仅可以释放出纯净的浓缩二氧化碳，还能为整个系统提供部分电能。通过简单地充放电循环，设备就可以在常温常压条件下实现吸收、释放二氧化碳的连续操作。

Hatton教授补充说：“我们一直在努力用新技术解决环境问题。新装置的分离、释放过程不需要热源、压力源和额外添加化学物质，它展示了电化学方法在二氧化碳捕集方面的潜力。”

在实验室条件下，新系统可以承受至少7000次充放电循环过程，效率损失约30%。研究人员预计，将循环次数提高到2~5万次并非难事。Voskian介绍说，通过技术调整，他们可以大批量生产电极材料，并且每平方米电极材料的成本仅约数十美元。

与现有碳捕获技术相比，新系统的能源效率非常高——每处理一吨二氧化碳消耗的能量仅前者的10分之一（最高值）。新技术出色的性价比让研究者们充满信心，为推动新技术的商业化，他们已经成立了一家名为Verdox的公司，并希望在未来几年内筹建中试规模的工厂。

Voskian展望说：“想处理更多的二氧化碳？没问题，你只需要制造更多的电极材料就行了。”

期刊来源：《能源与环境科学》

期刊编号：1754-5692

原文链接：

https://techxplore.com/news/2019-10-carbon-dioxide-air.html

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