MIT開(kāi)發(fā)從空氣中捕獲二氧化碳的“電振蕩吸附”新技術(shù)：成本50美元/噸

從發(fā)電廠捕集二氧化碳的主要問(wèn)題是碳捕集系統(tǒng)本身體積龐大、價(jià)格昂貴、消耗大量能源，而且只適用于高濃度二氧化碳的廢氣流。為了實(shí)現(xiàn)全球二氧化碳排放目標(biāo)，大氣中的二氧化碳總量必須減少，而不僅僅是通過(guò)捕捉新的排放量來(lái)保持現(xiàn)有的二氧化碳濃度。

 

美國(guó)麻省理工學(xué)院（MIT）研究人員正在開(kāi)發(fā)一種新的二氧化碳捕捉技術(shù)，不需要大型設(shè)備，可以在室溫和壓力下工作。重要的是，由于其在0.6%的低二氧化碳濃度下的捕捉的效率與在10%（典型的發(fā)電廠濃度）下的效率相同，因此可用于直接從空氣中捕獲和減少現(xiàn)有的二氧化碳。MIT研究人員計(jì)劃在幾年內(nèi)開(kāi)發(fā)一個(gè)中試規(guī)模的工廠，預(yù)計(jì)項(xiàng)目初投資加上運(yùn)營(yíng)成本在每噸二氧化碳50至100美元之間。

 

研究主要集中在吸附劑材料上，這些材料是以小顆粒的形式存在的，其表面含有捕獲二氧化碳的“活性中心”，這一過(guò)程稱為吸附。當(dāng)系統(tǒng)溫度降低（或壓力增加）時(shí)，二氧化碳粘附在顆粒表面。當(dāng)溫度升高（或壓力降低）時(shí)，二氧化碳就會(huì)釋放出來(lái)。但是達(dá)到這些溫度或壓力的“波動(dòng)”需要相當(dāng)大的能量，部分原因是它需要處理整個(gè)混合物，而不僅僅是含二氧化碳的吸附劑。MIT的研究工作主要集中在一種叫做“醌”（quinone）的特殊分子上。當(dāng)醌分子被強(qiáng)迫攜帶額外的電子時(shí)——這意味著它們帶著負(fù)電荷——它們對(duì)二氧化碳分子有很高的化學(xué)親和力，并能阻擋任何通過(guò)的分子。當(dāng)醌分子中多余的電子被移除時(shí)，醌對(duì)二氧化碳的化學(xué)親和力立即消失，分子釋放捕獲的二氧化碳。以醌作為固體電極，并通過(guò)電壓的小變化來(lái)改變電極本身的電荷來(lái)激活和停用醌。這樣的“電振蕩吸附”技術(shù)，不需要泵送流體，也不需要提高或降低溫度或壓力，二氧化碳最終會(huì)在固體醌電極上形成一個(gè)易于分離的附著物。

 

該裝置緊湊靈活，在室溫和正常氣壓下工作，不需要大型昂貴的輔助設(shè)備，只需要直流電源。研究人員使用二氧化碳濃度從10%到0.6%的進(jìn)氣流進(jìn)行測(cè)試。前者是典型的電廠廢氣，后者更接近于室內(nèi)環(huán)境空氣的濃度。不管二氧化碳濃度如何，捕獲效率基本上保持在90%左右。該系統(tǒng)每捕獲一噸二氧化碳就要消耗大約1千兆焦耳的能量，而其他方法的消耗量在每噸1到10吉焦之間（取決于進(jìn)入氣體的二氧化碳濃度）。而且這個(gè)系統(tǒng)非常耐用，經(jīng)過(guò)7000多次充放電循環(huán)，二氧化碳捕集能力只下降了30%。而且，這個(gè)裝置可以與利用可再生能源，比如太陽(yáng)能和風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)有時(shí)產(chǎn)生的電力比電網(wǎng)需求還要多，多余的電力可以用來(lái)運(yùn)行二氧化碳捕集裝置。