伯克利實(shí)驗(yàn)室的研究人員正在開(kāi)發(fā)一系列技術(shù)以實(shí)現(xiàn)“凈零”排放。

　　現(xiàn)在，需要負(fù)排放技術(shù)來(lái)解決我們的氣候危機(jī)已經(jīng)變得越來(lái)越明顯。以我們的星球排放二氧化碳的速度——每年增加約50吉噸——到2050年，我們將不得不以千兆噸的規(guī)模去除二氧化碳，以實(shí)現(xiàn)“凈零”排放。

　　美國(guó)能源部已經(jīng)認(rèn)識(shí)到去除二氧化碳的緊迫性。勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（Berkeley Lab）正在通過(guò)自己的負(fù)碳倡議來(lái)實(shí)現(xiàn)它。伯克利實(shí)驗(yàn)室通過(guò)一些種子資金，資助一系列新興技術(shù)，以去除和隔離大氣中的二氧化碳。

　　受資助的項(xiàng)目包括直接捕獲空氣的化學(xué)方法和進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，以使這些項(xiàng)目更具影響力和實(shí)用性。伯克利實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家Bryan Mc Closkey也是加州大學(xué)伯克利分校化學(xué)學(xué)院的教授，他決定使用電化學(xué)方法來(lái)捕獲二氧化碳。他說(shuō)，他的技術(shù)可能比目前使用的系統(tǒng)更節(jié)能。

　　問(wèn)：什么是電化學(xué)，它如何用于捕獲二氧化碳？

　　一種非常簡(jiǎn)單的說(shuō)法是，電化學(xué)涉及產(chǎn)生或消耗電子的反應(yīng)。最常見(jiàn)的電化學(xué)裝置包括電池、燃料電池和傳感器。事實(shí)上，我的主要研究重點(diǎn)是電池。

　　當(dāng)談到使用電化學(xué)方法從空氣中提取CO2時(shí)，這是一個(gè)發(fā)展中的領(lǐng)域，與更成熟的封存二氧化碳的方法相比，例如重新造林、風(fēng)化和BECCS（具有碳捕獲和儲(chǔ)存的生物能源）。電化學(xué)界正在迎頭趕上。但我認(rèn)為那里有很大的機(jī)會(huì)。

　　有些人一直在研究如何通過(guò)設(shè)計(jì)可以與CO2發(fā)生可逆反應(yīng)的分子來(lái)從空氣中去除CO2，這意味著它們可以在一定的施加電壓下吸收CO2，然后在不同的電壓下形成CO2。使用電化學(xué)方法捕獲CO2可以使整個(gè)過(guò)程依靠可再生電力運(yùn)行，而不是依靠燃燒燃料來(lái)再生CO2吸附劑分子的熱方法。

　　我們的項(xiàng)目利用CO2和氫氧根離子之間的自發(fā)反應(yīng)來(lái)捕獲CO2，然后使用電化學(xué)方法從形成的碳酸氫鹽溶液中再生氫氧根離子。

　　問(wèn)：你能解釋一下它是如何工作的嗎？

　　首先，您將通過(guò)吸收器使空氣鼓泡——在我們的例子中，是氫氧化鈉溶液。CO2將反應(yīng)形成碳酸氫鈉或碳酸鈉。然后我們將碳酸氫鹽溶液送入我們的電化學(xué)電池中，以再生氫氧化鈉。

　　在電化學(xué)電池中，您需要在電池的每個(gè)電極上發(fā)生兩種不同的反應(yīng)。在一個(gè)電極上，我們氧化碳酸氫鹽以形成加壓的CO2流，然后可以將其隔離或用作其他轉(zhuǎn)化過(guò)程的原料。在另一個(gè)電極上，我們放出氫氣，它消耗質(zhì)子來(lái)再生堿性溶液。制氫當(dāng)然是我們堿性再生方案的一個(gè)好處，因?yàn)樗且环N高價(jià)值產(chǎn)品，可用作碳中性燃料。

　　我們的電化學(xué)電池將與吸收器一起作為閉環(huán)運(yùn)行，盡管還需要進(jìn)水來(lái)補(bǔ)充參與電極反應(yīng)的水。因此，我們實(shí)質(zhì)上是從空氣中提取CO2并將其濃縮成純CO2流和氫氣流。

　　問(wèn)：這種系統(tǒng)有什么優(yōu)勢(shì)？

　　我們相信，與其他競(jìng)爭(zhēng)工藝相比，它可以提高從空氣中捕獲CO2的能源效率和成本。直接空氣捕獲的商業(yè)方法使用熱方法來(lái)再生吸收劑。它需要非常高的熱量，大約800攝氏度。這就是當(dāng)前系統(tǒng)每捕獲一噸CO2的成本高達(dá)600美元（3964元人民幣）的原因之一（盡管一些公司已發(fā)表聲明稱其技術(shù)成本低于每噸200美元）。通過(guò)粗略的計(jì)算，我們估計(jì)如果一切順利，我們的系統(tǒng)每捕獲一噸CO2的成本可能在100美元（660元人民幣）左右。當(dāng)然，這是假設(shè)我們找到了理想的、具有成本效益的電池材料。

　　問(wèn)：那么，讓它發(fā)揮作用的挑戰(zhàn)是什么，你對(duì)它的作用有多大信心？

　　我們追求三項(xiàng)創(chuàng)新。首先是電化學(xué)電池的設(shè)計(jì)。電池的穩(wěn)定性必須很好。在任何電化學(xué)系統(tǒng)中，運(yùn)行性能都會(huì)緩慢衰減，因此您希望嘗試設(shè)計(jì)一個(gè)穩(wěn)健的系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)高能效，并盡可能降低成本。

　　其次是膜。膜是將電池的兩個(gè)電極彼此隔離開(kāi)來(lái)的。否則，你會(huì)得到氫氣和CO2的混合物，輸出純凈氣流更有價(jià)值。這種情況下的原型膜稱為Nafion——它用于燃料電池和許多其他應(yīng)用。Nafion有很好的性能，但它非常昂貴，因此大規(guī)模使用并不實(shí)用。我們需要設(shè)計(jì)一種更具成本效益的膜。

　　第三，我們需要合適的催化劑用于碳酸氫鹽生成CO2的反應(yīng)。一個(gè)好的催化劑意味著如果你在電極表面施加一個(gè)小的電壓，你就有一個(gè)非常高的反應(yīng)速率。

　　問(wèn)題是，與正在開(kāi)發(fā)的其他技術(shù)相比，它是如何工作的？這只是一個(gè)問(wèn)題，我們是否達(dá)到每噸CO2 100美元，還是接近每噸1000美元，這不會(huì)使其具有競(jìng)爭(zhēng)力？因此，這些是我們需要牢記在心的問(wèn)題。

　　在伯克利實(shí)驗(yàn)室做這個(gè)項(xiàng)目給了我們很多優(yōu)勢(shì)。我們擁有所有這些不同領(lǐng)域的專家，例如膜技術(shù)、分子模擬和建模以及電催化。LiSA（液體陽(yáng)光聯(lián)盟）隨著時(shí)間的推移積累了很多知識(shí)。高級(jí)光源（Advanced Light Source）是一種讓我們能夠詳細(xì)了解分子相互作用的能力——與其他任何地方相比，這是我們?cè)诓死麑?shí)驗(yàn)室擁有的巨大優(yōu)勢(shì)。因此，我認(rèn)為我們具有獨(dú)特的定位，因?yàn)槲覀冊(cè)诟鞣N不同領(lǐng)域擁有廣泛的專業(yè)知識(shí)來(lái)制造這樣的設(shè)備。

　　（原文來(lái)自：清潔技術(shù) 全球儲(chǔ)能網(wǎng)、新能源網(wǎng)綜合）