將該電池並聯於氣體管路中,便可以交互吸收與排出二氧化碳 / source: https://news.mit.edu/

科學家發明一種除去大氣中任何二氧化碳濃度的新方法,甚至可低至 400 ppm。這類從大氣去除 CO2 的方法,多數都需要使用在更高濃度的氣體,例如火力發電廠的煙氣。但是這種新方法的能源消耗和成本都大大降低。

這項新技術由麻省理工學院(MIT)研究員薩哈格·沃斯基安博士(Sahag Voskian)和艾倫·哈頓教授(T. Alan Hatton)合作開發,成果已發表於《能源與環境科學》期刊(Energy and Environmental Science)。

捕獲二氧化碳

這項方法使用特製電池,當電池充電時,塗有與奈米碳管聚合的聚蒽醌(polyanthraquinone)的電極因為對 CO2 具有天然的親和力,即使在濃度很低的情況下也容易與氣體中的分子發生反應;當電池放電時,則會發生逆反應。整個系統在室溫和正常氣壓下運行,電池將在充電和放電之間交替運行,可以提供整個系統所需的部分電能,同時排出純淨的 CO2

飲料工廠會燃燒化石燃料以產生 CO2 ,用於製作氣泡飲料。沃斯基安博士表示,新系統可以消除這些工廠對化石燃料的需求。例如最終目的是用 CO2 製造氣泡飲料,則可以將 CO2 氣流吹過電極板,捕獲的 CO2 會從電極板中釋放並加入氣流。或者,可以將純 CO2 壓縮並注入地下進行長期封存,甚至可以通過一系列化學和電化學過程將其製成燃料。

沃斯基安博士解釋:「與大多數其他碳捕獲或碳吸收技術相比,該技術的最大優勢是吸附劑對 CO2 的親和力具有二元性質。這種二元親和力可以捕獲任何濃度的 CO2 ,並允許其釋放到任何氣體中。其他碳捕獲技術則需要中間的化學反應或大量能量(例如熱量或壓力差)。」

哈頓教授表示:「在我的實驗室中,我們一直在努力開發解決多種環境問題的新技術,以避免需要熱能、系統壓力變化或添加化學物的方式完成分離和釋放的循環。這種 CO2 捕獲技術清楚地展示了電化學方法的強大功能,只需要很小的電壓波動即可驅動 CO2 分離。」

商業化

該團隊已經證明該系統可以承受至少 7000 次充放電循環,在這段時間內效率損失 30%。研究人員估計,他們可以輕鬆地將其提高至 2 萬到 5 萬個週期。

電極本身可以通過一般化學處理方法製造。不過沃斯基安博士表示:「雖然目前我們在實驗室環境中完成電極,但它可以調整成類似於印刷機的壓印製造(roll-to-roll)以大量生產。」他估計,這種電極的生產成本可能約為每平方公尺數十美元。

與其他現有的碳捕獲技術相比,該系統具有很高的能源效率,每捕獲一噸 CO2 使用約 10 億焦耳的能量,其他現有方法的能源消耗每噸介於 10 億到 100 億焦耳之間,取決於 CO2 來源的濃度。研究人員已經成立了一家名為 Verdox 的公司,以將該技術商業化,並希望在未來幾年內開發出先導性規模的工廠(pilot-scale plant)。

參考資料:

  1. Chandler, D., & MIT News Office. (2019, October 24). MIT engineers develop a new way to remove carbon dioxide from air. Retrieved November 3, 2019, from https://news.mit.edu/2019/mit-engineers-develop-new-way-remove-carbon-dioxide-air-1025.
  2. Voskian, S., & Hatton, T. A. (2019). Faradaic electro-swing reactive adsorption for CO2 capture. Energy & Environmental Science. doi: 10.1039/c9ee02412c
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