太阳能设备从空气中捕获二氧化碳以制造可持续燃料

来自剑桥大学的研究人员表示，他们的太阳能反应器可以用于制造燃料来为汽车和飞机提供动力，或为我们所依赖的许多化学品和药物产品提供能量。它也可以用于在偏远或无电网的位置生成燃料。

与大多数碳捕获技术不同，剑桥研究人员开发的反应器不需要基于化石燃料的电力，或二氧化碳的运输和存储，而是利用阳光将大气中的CO₂转化为有用的东西。相关结果发表于《自然能源》期刊。

碳捕获与存储（CCS）被宣传为应对气候危机的一个可能解决方案，最近获得了来自英国政府220亿英镑的资金支持。然而，CCS是能量密集型的，人们对深地下储存加压CO₂的长期安全性表示担忧，尽管目前正在进行安全研究。

“除了费用和能量密集，CCS为继续燃烧化石燃料提供了借口，而这正是导致气候危机的根本原因，”领导研究的埃尔温·赖斯纳教授说。“CCS也是一种非循环过程，因为加压的CO₂，充其量是无限期存放在地下，对任何人都没有用。”

剑桥大学尤素夫·哈米德化学系的第一作者赛扬·卡尔博士表示：“如果我们不是将二氧化碳泵入地下，而是从中制造一些有用的东西呢？”“二氧化碳是一种有害的温室气体，但它也可以转化为有用的化学品而不对全球变暖贡献。”

赖斯纳研究小组的重点是开发将废物、水和空气转化为实用燃料和化学品的设备。这些设备的灵感来自光合作用：植物将阳光转化为食物的过程。该设备不使用任何外部电源：不需要电缆，不需要电池—它们只需要阳光的能量。

该团队最新的系统直接从空气中提取CO₂并将其转化为合成气：许多化学品和药物生产中的一个关键中间体。研究人员表示，他们的方法不需要任何运输或存储，比早期的太阳能设备更容易扩大生产。

该设备是一种太阳能流动反应器，使用专门的过滤器在夜间像海绵吸水一样从空气中抓取CO₂。当阳光照射时，阳光加热捕获的CO₂，吸收红外辐射，半导体粉末吸收紫外辐射以启动将捕获的CO₂转化为太阳能合成气的化学反应。反应器上的镜子集中阳光，使过程更有效。

研究人员目前正在将太阳能合成气转化为液体燃料，这些燃料可用于为汽车、飞机等提供动力—而不会向大气中增加更多的CO₂。

卡尔说：“如果我们大规模制造这些设备，它们可以同时解决两个问题：从大气中去除CO₂并创造可替代化石燃料的清洁替代品。”“二氧化碳被视为有害的废物，但它也是一种机会。”

研究人员表示，一个特别有前景的机会是在化学和制药行业，在那里合成气可以转化为我们每天所依赖的许多产品，而不会对气候变化产生影响。他们正在建造一个更大规模的反应器，并希望在春季开始测试。

如果能够扩大规模，研究人员表示，他们的反应器可以以分散的方式使用，这样个人理论上可以在偏远或无电网的位置自行生成燃料。

赖斯纳说：“我们不必继续挖掘和燃烧化石燃料来生产我们依赖的产品，我们可以直接从空气中获取所需的CO₂并加以重用。” “我们可以建立一个循环的、可持续的经济——如果我们有这样做的政治意愿。”

该技术正在剑桥企业（大学的商业化部门）的支持下进行商业化。研究部分得到了英国研究与创新（UKRI）、欧洲研究委员会、皇家工程院和剑桥信托的支持。埃尔温·赖斯纳是剑桥大学圣约翰学院的研究员。