电化学装置只需轻按一下开关即可捕获二氧化碳

莱斯大学工程师开发的新技术可以降低 从各种排放物中捕获二氧化碳的成本，这对于寻求适应 不断变化的温室气体标准的行业 和新兴的行业来说，都是潜在的游戏规则改变者。能源转型经济。

根据 发表在《自然》杂志上的一项研究，化学和生物分子工程师王浩天实验室的系统可以 通过利用电力引发水和氧的电化学 反应 ，直接从烟气到大气等来源中去除二氧化碳。这一技术壮举可以将边缘工业的直接空气捕获(目前全球仅有18 座工厂 在运营)转变为减缓气候变化的有希望的前沿。

大多数碳捕获系统涉及两步过程：首先， 使用高pH 值液体从烟道气等混合气流中分离出酸性二氧化碳。接下来，通过加热或注入低 pH 液体，从溶液中再生二氧化碳。

“一旦二氧化碳被困在这些溶剂中，就必须将其再生，”王说。

“传统的胺洗涤 方法需要 100-200 摄氏度(212-392 华氏度)的温度。对于基于碳酸钙的工艺，您需要高达 900 摄氏度(1652 华氏度)的温度。

“我们的工艺实际上没有产生或消耗任何化学品。我们也不需要加热或加压我们的设备，只需将其插入电源插座即可工作。”

当前碳捕获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，王实验室开发的系统 是一个可扩展、模块化、使用点概念，可以适应各种场景。

“该技术可以扩展到工业环境——发电厂、化工厂——但它的伟大之处在于它也允许小规模使用：我什至可以在我的办公室使用它，”王说。“例如，我们可以从大气中提取二氧化碳，并将浓缩气体持续注入温室中以刺激植物生长。我们听说太空技术公司有兴趣在空间站上使用该设备来去除宇航员呼出的二氧化碳。”

Wang和他的团队开发的反应器可以使用相对较低的电力输入连续去除模拟烟气中的二氧化碳，效率超过98%。

该研究的主要作者、化学与生物分子工程研究生 Peng Zhu 表示：“50 瓦灯泡一小时的电力将产生 10 至 25 升高纯度二氧化碳。”

王指出，如果由太阳能或风能等可再生能源提供电力，该过程“没有碳足迹或碳足迹非常有限”。

“考虑到可再生电力变得越来越具有成本效益，这是个好消息，”王说。

该反应器由 用于进行氧还原的阴极、进行析氧反应的阳极以及 允许高效离子传导的 致密多孔固体电解质层组成 。该反应器的早期版本用于将二氧化碳还原成纯液体燃料 ，并将氧气还原成纯过氧化氢溶液。

“以前，我们小组主要关注二氧化碳的利用，”朱说。“我们致力于生产纯液体产品，如乙酸、甲酸等。”

据王介绍，朱在研究过程中观察到，气泡随着液体一起从反应堆中室流出。

“一开始，我们并没有对这种现象给予太多关注，”王说。“然而，彭观察到，如果我们施加更多的电流，就会出现更多的气泡。这是直接相关性，这意味着发生的事情不是随机的。”

研究人员意识到，反应器阴极侧还原反应过程中产生的碱性界面与二氧化碳分子相互作用，形成碳酸根离子。碳酸根离子迁移到反应器的固体电解质层，在那里它们与阳极侧水​​氧化 产生的质子结合 ，形成连续的高纯度二氧化碳流。

“我们在之前的研究中随机发现了这种现象，”王说。“然后我们针对这个新项目和新应用调整和优化了技术。我们多年来一直致力于此类电化学装置的研究。

“科学发现通常需要耐心、持续的观察和好奇心，以了解到底发生了什么，选择不忽视那些不一定适合实验框架的现象。”

王是威廉·马什·赖斯 (William Marsh Rice) 受托人主席，也是化学与生物分子工程、材料科学与纳米工程以及化学系的助理教授，最近晋升为终身教授，于 7 月 1 日生效。