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MIT科学家发现从大气中捕捉二氧化碳新方法 能耗低效率高

来源:环境资讯中心 作者:姜唯 林大利 人气: 发布时间:2019-11-05 16:28:45

麻省理工学院(MIT)开发出一种可从空气中去除二氧化碳的新方法,有机会成为对抗气候变化的利器。

要从其他气体流中去除二氧化碳,大多数方法都需要相当高的浓度,如化石燃料发电厂排烟管的浓度,而MIT的新技术可以应用在几乎任何浓度的二氧化碳,甚至可低至400ppm。研究人员说,目前已经有一些可应用于低浓度的新技术,但是MIT的新方法耗能较低、成本也较低。

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MIT博士后研究员沃斯基安(Sahag Voskian)在博士班期间开发出这个系统。他和化工学系教授哈顿(T. Alan Hatton)将本研究发表于《能源与环境科学》(Energy and Environmental Science) 期刊。

这个新技术的基本流程是让空气通过一组带电的电化学板。整个设备是个可从空气或其他气体流中吸收二氧化碳的大型特殊电池,充电时空气流过其电极,放电时释放出气体。

运作时,该设备就是不断重复充电跟放电,充电时将新鲜空气或原料气体吹入系统,放电过程中吹出纯浓缩二氧化碳。

随着电池充电,电极堆中每一个电极的表面发生电化学反应。这些电极上涂着纳米碳管复合而成的聚蒽醌(polyanthraquinone)。这些电极对二氧化碳具有天然的亲和力,即使在浓度很低的情况下也很容易与空气或进料气体中的分子发生反应。

电池放电时会发生逆反应。在此过程中,该设备可以提供整个系统所需的部分电源,并且可以喷射出纯的二氧化碳。整个系统在室温和正常气压下运行。

沃斯基安解释:“与大多数其他碳捕获或碳吸收技术相比,这个技术的最大优势是吸附剂对二氧化碳的亲和力具有二元性质。”

也就是说,电极材料的性质“要不亲和力很高,要不没有亲和力”,取决于电池的充电或放电状态。其他碳捕获技术的反应则需要中间化学处理步骤或热量、压力差等能量输入。

“这种二元亲和力可以捕获任何浓度的二氧化碳,包括400ppm,并可释放到任何载流中,包括100%二氧化碳。”

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让空气通过一组带电的电化学板,即可轻易地吸取二氧化碳。照片来源:MIT新闻稿

部分软性饮料装瓶厂会燃烧化石燃料以产生二氧化碳,用于制作气泡饮料。同样地,有些农民会燃烧天然气产生二氧化碳,饲育温室里的植物。沃斯基安说,新系统可以让这些应用不再需要化石燃料,也可以将温室气体从空气中清除。

或者也可以将纯二氧化碳气流压缩,注入地下以进行长期处理,甚至透过一系列化学和电化学过程制成燃料。

沃斯基安说,这个系统捕获和释放二氧化碳的过程都是革命性的进展,“所有过程都在室温发生,不需要热、压力或化学输入,只需这些两个表面都能作用的薄片,可以堆栈在盒子中并接上电源。”

在工厂中,像是会不断产生废气的发电厂,可以并排设置两组这样的电化学电池堆同时交替运作,将烟气导向第一组进行碳捕集,第一组进入放电状态时就导到第二组,如此系统可以一直同时捕获和排出气体。

在实验室中,该团队已经证明该系统可以承受至少7,000次充放电循环,在这段时间内效率损失30%。研究人员估计,他们可以轻松地将其提高到20,000至50,000个循环。

电极本身可以用标准化学处理方法制造。沃斯基安说,虽然目前制造工作仍是在实验室环境中完成,但可以调整成用类似报纸印刷机的卷对卷制造工艺大量生产。他说:“我们已经开发出非常具有成本效益的技术,”他估计,这种材料的生产成本大约为每平方米的电极数十美元。

与其他现有的碳捕获技术相比,该系统能源效率很高,每捕获一吨二氧化碳使用约一千兆焦耳的能量,而且始终如一。沃斯基安说,其他现有方法的能耗依进气二氧化碳浓度不同,每吨介于10亿到100亿焦耳之间。

研究人员成立了一家名叫Verdox的公司,以将该技术商业化,并希望在未来几年内打造出先导性规模的工厂。该系统非常容易扩展。沃斯基安说:“如果需要更大的容量,只需要制造更多的电极即可。”

(编辑:Frank)


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