研究人员创建了一种电化学反应器，可以显著降低与直接空气捕集相关的能耗和成本，直接空气捕集是从空气中去除二氧化碳的过程。
莱斯大学的一个团队介绍了一种电化学反应器，显示出在大幅减少直接空气捕集所需的能源方面的前景，特别是在从大气中提取二氧化碳方面。
这种创新的反应器设计可能有助于应对关键的气候和环境挑战，通过促进更有效和可调整的二氧化碳减少方法。
发表在自然能源上的一项研究概述了这种专用反应器，具有模块化的三腔设计，其中央设计有精密的多孔固态电解质。莱斯大学的化学和生物分子工程师王浩天描述这项研究是“在从空气中提取碳方面的重要成就。”
王表示：“我们的发现为使碳捕集在各个行业中更便宜和可行开辟了可能性。”他是该研究的主要作者，也是化学和生物分子工程的副教授。
该反应器在从含碳流体中再生二氧化碳方面达到了相关的速率。其性能指标，如长期耐用性和适应不同阴极和阳极反应的能力，突显了其广泛工业应用的潜力。
王指出：“这项技术的一个主要优势是其多功能性。”他解释说，它可以与多种化学反应一起工作，同时还可以同时生产氢气。“在直接空气捕集过程中生产氢气可能会显著降低生产净零燃料或化学品的资本和运营费用。”
这种新方法是对直接空气捕集过程中通常使用的高温工艺的替代，这些工艺通常通过高pH液体从混合气体流中过滤二氧化碳。这个初始步骤捕获气体分子中的碳和氧，将其与液体中的其他化合物结合——这一过程根据所用化学物质的不同，结合强度会有所变化。后续步骤涉及从这些溶液中回收二氧化碳，这可以通过热量、化学反应或电化学方法实现。
莱斯大学的博士后研究员方志伟，也是该研究的共同第一作者，解释说，传统的直接空气捕集方法通常依赖高温技术从吸附剂中再生二氧化碳，吸附剂是用来过滤气体的剂。
方提到：“我们的方法集中在利用电能而非热能来再生二氧化碳，”强调这种方法有几个好处，包括在室温下操作，不需要额外的化学品，并且不产生有害副产品。
用于捕获二氧化碳的不同吸附剂各有其优缺点。基于胺的吸附剂因通常形成较弱的结合而受到欢迎，使得从溶液中提取二氧化碳更为容易，但它们显著有毒且不稳定。基于水的基本溶液，如使用氢氧化钠或氢氧化钾的溶液，代表了一种更环保的选择，但需要更高的温度才能回收二氧化碳。
王解释说：“我们的反应器有效分离碳酸盐和重碳酸盐溶液，在一个腔室中生成碱性吸收剂，而在另一个腔室中生产高纯度的二氧化碳。”他说：“我们独特的方法优化了电输入，有效控制了离子运动和质量转移，减少了能源需求。”
王希望这项研究能激励更多行业采纳可持续实践，并推动走向净零未来的运动。他指出，该项目连同他实验室的其他项目，反映了莱斯大学在可持续能源创新解决方案方面的承诺。
王总结道：“莱斯是任何对可持续性和能源创新充满热情的人的理想之地。”
该研究的其他贡献者包括前莱斯博士后研究员张霄和莱斯大学的博士毕业生及过去的博士后科学家朱鹏和夏扬。
该研究获得了罗伯特·A·维尔奇基金会（C-2051）和大卫与露西尔·帕卡德基金会（2020-71371）的资助。
