世界观热点：麻省理工学院团队提出从海水而非空气中直接捕获碳的方法

2023-02-17 16:34:07 来源：cnBeta

海洋吸收了大量的二氧化碳，麻省理工学院的研究人员说他们已经开发出一种释放和捕获二氧化碳的方法，其能耗远远低于直接的空气捕获--还有一些其他的环境效益。从水中提取温室气体是一个听起来很奇怪的想法，但是海洋是地球上最大的碳汇，而直接的空气碳捕获有相当严重的问题：它的成本很高，而且使用大量的能源。

根据国际能源署2022年的数据，即使是更有效的空气捕集技术也需要大约6.6千兆焦耳的能量，或者说每捕集一吨二氧化碳需要1.83兆瓦时。

这些能源中的大部分并不是用来直接从空气中分离二氧化碳，而是用来保持吸收器的工作温度的热能，或者用来压缩大量空气的电能，以便能够有效地进行捕获操作。但无论如何，成本都是无法控制的，2030年每吨的价格估计在300-1000美元之间。根据Statista的数据，目前地球上没有一个国家愿意向碳排放者征收哪怕是较低估计值的一半的税；排名第一的乌拉圭的税率为137美元/吨。除非其成本大幅下降，否则直接空气捕集将无法作为一项有效的业务运作。

【资料图】

事实证明还有一个选择：海水。随着大气中碳浓度的上升，二氧化碳开始溶入海水。目前，海洋吸收了人类每年所有碳排放量的30-40%，并与空气保持着持续的自由交换。把碳从海水中吸出来，它就会从空气中吸出更多的碳来重新平衡浓度。最重要的是，海水中的二氧化碳浓度是空气中的100多倍。

以前的研究团队已经设法从海水中释放二氧化碳并将其捕获，但他们的方法需要昂贵的膜和不断供应的化学品来保持反应的进行。另一方面，麻省理工学院的团队已经宣布成功地测试了一个系统，该系统既不使用这两种物质，又需要比空气捕获方法少得多的能量。

左图：该设备的示意图。中间：优化电流密度和电极间隙。右图：高效电化学电池的成本分解。

在新系统中，海水通过两个腔室。第一个使用活性电极将质子释放到海水中，使水酸化，将溶解的无机重碳酸盐变成二氧化碳气体，二氧化碳气体冒出并被真空收集。然后，水被推送到第二组具有反向电压的电池中，将这些质子唤回，并在将其释放回海中之前将酸性水转为碱性。定期地，当活性电极上的质子被耗尽时，电压的极性被逆转，同样的反应继续进行，水向相反的方向流动。

在一份发表在同行评议杂志《能源与环境科学》上的新研究中，该团队称其技术需要122千焦/摩尔的能量输入，根据计算相当于每吨0.77兆瓦时，而且该团队相信它可以做得更好。"尽管我们的基础能量消耗为122千焦/摩尔-二氧化碳，是一个创纪录的低值，"研究报告中写道，"它仍然可以朝着32千焦/摩尔-二氧化碳的热力学极限大幅下降。"

该团队预测，每吨二氧化碳的优化成本约为56美元--尽管直接与全系统直接空气捕集成本进行比较并不公平。该研究警告说，这不包括真空脱气、过滤和"电化学系统之外的辅助成本"--对这些成本的分析将必须单独进行。然而，其中一些成本有可能通过将碳捕集装置与其他设施（例如已经在处理大量海水的海水淡化厂）整合而得到缓解。

该系统可以与任何现有的处理海水的基础设施相结合，如海水淡化厂

还有一些其他的好处；近年来，海洋中的碳积聚增加已经造成了酸化问题，威胁到了珊瑚礁和贝类。这个过程的碱性输出，如果直接用于需要的地方，可以帮助纠正生态平衡。

该团队计划在未来两年的某个时候开展一个实际的示范项目，并表示有很多事情仍然需要努力。首先，研究人员希望能够在没有真空系统的情况下将气体分离出来。矿物沉淀物在碱化一侧的电极上结垢，所以还有很多进展要做。

该研究结论刊登在《能源与环境科学》杂志上。

关键词：麻省理工学院环境科学