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yexuqing木蟲之王 (文學泰斗)
太陽系系主任
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科學家提出低能耗電化學碳捕集新策略
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科學家提出低能耗電化學碳捕集新策略 12月30日，中國工程院院士、深圳大學深地科學與綠色能源研究院院長謝和平團隊有關“低能耗電化學碳捕集”的最新研究成果發(fā)表于《自然—通訊》。 隨著全球氣候變化加劇，如何有效減少大氣中的CO2已成為應對氣候變化的關鍵。碳捕集技術，特別是從工業(yè)源或大氣中直接捕集并分離提純二氧化碳，被視為減排的重要途徑。 然而，工業(yè)煙氣或大氣中的二氧化碳濃度極低。例如，燃煤電廠排放的煙氣中二氧化碳濃度約為10至15%；大氣中的二氧化碳濃度僅為0.04%，并且伴隨著對捕集材料嚴重降解的高濃度氧氣和水汽，使得低能耗、連續(xù)穩(wěn)定、低成本的CO2捕集成為一項世界性的挑戰(zhàn)。 上個世紀三十年代以來，以美國為首的科學家們提出了采用熱能驅動二氧化碳捕集的化學吸收法，但該類方法的捕集能耗高達每噸二氧化碳約4千兆焦耳，嚴重限制了碳捕集技術的大規(guī)模推廣應用。 近年來，電化學碳捕集技術作為一種前景廣闊的替代方案，因其能夠利用可再生清潔電力，無需升降溫操作而備受關注。然而，電化學碳捕集技術在實際應用中存在過程不穩(wěn)定、難以大規(guī)模應用等一系列挑戰(zhàn)，特別是在含氧氣源中（如空氣或煙氣），電化學系統(tǒng)的穩(wěn)定性往往難以保證，反應過程中的氧副反應和電極退化等限制了其長期有效運行。 在該項研究中，謝和平團隊提出了一種全新的低能耗電化學碳捕集策略，其核心創(chuàng)新在于，將傳統(tǒng)的單步電化學反應轉化為電化學-化學相耦合的“雙步反應”過程，通過在陰極和陽極上分別進行氫氣析出反應和有機還原載體的氧化反應，巧妙調節(jié)電解液的酸堿性，從而實現(xiàn)低能耗、高效的CO2捕集過程。 這種“雙步反應”策略避免了氧氣對系統(tǒng)的干擾，顯著提升了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和持續(xù)性。實驗結果表明，該技術能夠在200小時內穩(wěn)定運行，且捕集每噸二氧化碳的能耗僅為1.12千兆焦耳，展示出其在低能耗、高效碳捕集方面的巨大潛力。 此外，謝和平團隊在該研究中還成功研制出了全球首套日處理煙氣1500升的電化學碳捕集原理樣機，并成功進行了放大演示。該樣機實現(xiàn)了每日生成高純二氧化碳0.4千克，穩(wěn)定運行超72小時的技術突破，進一步驗證了該方法在放大規(guī)模減碳應用中的可行性。 該研究成果為全球減碳目標提供了全新技術支撐，隨著這項技術的不斷優(yōu)化和進一步發(fā)展，未來有望推動低能耗、高穩(wěn)定的碳捕集技術商業(yè)化應用，助力產業(yè)升級，邁向負碳未來。 相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-024-55334-3 電化學碳捕集原理樣機 研究團隊供圖 |
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