一項名為蒸發(fā)碳酸鹽結晶的技術可使現(xiàn)有捕碳技術成本降低40%

多倫多大學研究團隊開發(fā)出一種直接從空氣中捕獲二氧化碳的新方法。這項名為蒸發(fā)碳酸鹽結晶的技術，有望將現(xiàn)有捕碳技術的昂貴成本削減40%。該系統(tǒng)本質(zhì)上是被動式設計，利用毛細作用和蒸發(fā)原理從大氣中吸收二氧化碳，可省去當前碳捕獲工廠中最昂貴、能耗最高的若干環(huán)節(jié)。

"數(shù)十年來，我們已掌握從煙氣甚至空氣中直接捕獲二氧化碳的技術，"多倫多大學勞森氣候研究所臨時主任、論文資深作者大衛(wèi)·辛頓教授表示，"目前甚至已有部分大型工廠投入運營，但業(yè)界始終面臨成本過高的合理批評。因此我們團隊的研究方向始終圍繞大幅降低成本展開，這正是蒸發(fā)碳酸鹽結晶新技術的核心價值。"

捕碳技術原理

該系統(tǒng)設計采用常見的聚丙烯纖維長絲作為核心材料。纖維一端浸入氫氧化鉀溶液，液體沿纖維緩慢上升——這個過程類似于植物吸收水分的毛細現(xiàn)象。當氣流經(jīng)過纖維時，水分蒸發(fā)導致溶解的氫氧化鉀濃度急劇升高。

"由于形成了極薄的高濃度氫氧化鉀液膜，其與二氧化碳的反應速率顯著加快，"博士后研究員金東河解釋道，"相比現(xiàn)有系統(tǒng)使用的稀釋溶液，我們的捕碳速率大幅提升。更重要的是，生成的碳酸鉀鹽不會保持溶解狀態(tài)，而是直接在纖維表面形成固體晶體。"這些捕獲二氧化碳后形成的碳酸鉀晶體，外觀類似"冰糖"。

有趣的是，固體形態(tài)的碳捕獲還為系統(tǒng)效率和成本控制帶來第二重優(yōu)勢?，F(xiàn)有系統(tǒng)需要復雜的化工廠從捕獲液中分離溶解的碳，往往需要額外化學試劑和密集過濾工序。而新方法只需用水沖洗固體晶體，即可獲得高濃度溶液直接用于下一步處理。

捕獲氣體利用

整個過程的最后環(huán)節(jié)是通過電化學處理高濃度碳酸鉀鹽溶液。該步驟具有雙重功效：既將鹽類轉(zhuǎn)化回純凈的二氧化碳氣體，同時再生氫氧化鉀捕獲液供系統(tǒng)循環(huán)使用。獲得的二氧化碳氣體可用于封存、注入地下礦層隔離，或進一步加工成甲醇、乙醇、乙烯等有價值的碳基產(chǎn)品。

技術經(jīng)濟分析顯示，雖然運營成本與現(xiàn)有方法相近，但資本成本可驟降40%。辛頓教授指出："參觀工業(yè)級碳捕集工廠時，最顯眼的就是配備風扇鼓風機的空氣接觸器，以及再生捕獲液的化工廠設備。若能同時消除這兩大組件，將實現(xiàn)巨大的成本節(jié)約。"

目前該技術面臨濕度挑戰(zhàn)——干燥環(huán)境更利于反應進行。研究團隊在驗證中試工廠時將面臨更多挑戰(zhàn)，但當前研究已提供了有力的概念驗證。

相關成果已發(fā)表于《自然·化學工程》期刊。

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