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能源转型经济来说，是潜在的游戏规则改变者。

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根据他们在《自然》杂志上发表的研究，化学和生物分子工程师HaotianWang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。这项技术壮举可以将边缘工业(目前全球只有18家工厂在运营)的直接空气捕获转化为减缓气候变化的一个有希望的前沿。

大多数碳捕获系统都涉及两步过程：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°C(212–392°F)的温度。对于基于碳酸钙的工艺，您需要高达900°C(1652°F)的温度。

“我们的工艺实际上没有产生或消耗任何化学物质。我们也不需要加热或加压我们的设备，我们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。

“这项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PengZhu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”。

王说：“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。”

该反应器由一个用于进行氧还原的阴极、一个进行析氧反应的阳极和一个致密但多孔的固体电解质层组成，该电解质层可实现高效的离子传导。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。这是直接相关的，这意味着正在发生一些不是随机的事情。”

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。我们在这种类型的电化学装置上持续工作了多年。

“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。”