中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：我們都知道，大氣中的二氧化碳正在越積越多，溫室效應(yīng)、氣候變暖……這些詞已經(jīng)不再陌生。但你有沒有想過：如果能直接從空氣里把CO?"抓"出來，我們是不是就能主動(dòng)扭轉(zhuǎn)這一局面？
這個(gè)聽起來有點(diǎn)科幻的想法，其實(shí)已經(jīng)有了一個(gè)專門的名字——"直接空氣捕獲"（Direct Air Capture，DAC）。它的原理并不復(fù)雜：在某個(gè)裝置里，空氣流過，CO?被吸附材料捕捉住，然后再通過某種方式把CO?集中釋放出來，送去封存或利用。問題是，現(xiàn)有技術(shù)要么能耗極高，要么對(duì)空氣中的氧氣極度敏感，一旦有氧氣存在，吸附劑就會(huì)失效甚至損壞。這讓直接空氣捕獲始終停留在"前景光明、落地艱難"的尷尬處境里。
近日，發(fā)表在頂級(jí)期刊《自然·能源》上的一項(xiàng)新研究，給出了一個(gè)令人耳目一新的解決方案。來自多倫多大學(xué)的Edward Sargent團(tuán)隊(duì)，提出了一種"電驅(qū)動(dòng)可逆表面礦化"技術(shù)——聽名字略顯復(fù)雜，但背后的思路其實(shí)十分優(yōu)雅。
他們找到了一種叫做二氧化錳（MnO?）的材料作為核心"捕碳劑"。MnO?在日常生活中并不陌生——它是干電池里常見的成分。但在這里，它被賦予了全新的使命。當(dāng)給這個(gè)系統(tǒng)施加一個(gè)電壓時(shí)，MnO?表面會(huì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)，改變周圍溶液的局部化學(xué)環(huán)境，使CO?以碳酸鹽礦物的形式沉積在材料表面，就像"礦化"一樣被固定住。而當(dāng)反轉(zhuǎn)電壓方向時(shí)，這一過程可以被精確逆轉(zhuǎn)，CO?重新被釋放出來，以濃縮的形式收集。整個(gè)過程就像充放電一樣，可以反復(fù)循環(huán)進(jìn)行，因此被稱為"可逆表面礦化"。
這項(xiàng)技術(shù)最讓研究者們興奮的，是它對(duì)氧氣的出色容忍能力。此前許多電化學(xué)捕碳方案依賴醌類有機(jī)分子作為吸附劑，但這類材料極易與空氣中的氧氣發(fā)生副反應(yīng)，導(dǎo)致性能快速衰減——這對(duì)于直接從大氣里捕碳來說，幾乎是致命弱點(diǎn)。MnO?則不同，它在有氧環(huán)境下依然保持穩(wěn)定，這使得整個(gè)系統(tǒng)可以直接面對(duì)真實(shí)大氣條件工作，而不需要預(yù)先除氧這一昂貴且耗能的步驟。
從能耗角度來看，這套系統(tǒng)的表現(xiàn)同樣令人期待。直接空氣捕獲面臨的一大挑戰(zhàn)是大氣中CO?濃度極低，僅約0.04%，要從如此稀薄的氣體中濃縮捕集CO?，本質(zhì)上是在做一件"逆熱力學(xué)"的事，必然需要能量投入?，F(xiàn)有主流的液態(tài)胺溶液捕碳技術(shù)，往往需要高溫加熱來再生吸附劑，能耗動(dòng)輒高達(dá)每噸CO?數(shù)百度電。而這種電化學(xué)礦化方案，理論上在常溫常壓下即可運(yùn)行，所需的電能遠(yuǎn)低于熱再生路線，為大規(guī)模低成本部署提供了可能。
當(dāng)然，這項(xiàng)研究目前還處于實(shí)驗(yàn)室階段，從實(shí)驗(yàn)室走向真正的工業(yè)化應(yīng)用，還有一段不短的路要走——材料的大規(guī)模制備、裝置的工程化設(shè)計(jì)、長期運(yùn)行的穩(wěn)定性驗(yàn)證……每一關(guān)都需要時(shí)間和投入。但它所展示的技術(shù)路徑，無疑為直接空氣捕獲領(lǐng)域注入了新的希望。
氣候問題從來不是靠單一技術(shù)就能解決的，它需要無數(shù)條技術(shù)路線并行探索、協(xié)同發(fā)力。節(jié)能減排是削減未來排放的"剎車"，而直接空氣捕獲則是清除歷史積累碳排放的"倒車檔"。當(dāng)人類既能踩下剎車，又能掛上倒擋，我們才真正有可能駛回一個(gè)更安全的氣候軌道。這塊小小的"捕碳電池"，或許正是其中一枚關(guān)鍵的拼圖。
