科学家利用低温和简单吸附剂，以三分之一成本捕获CO₂

佐治亚理工学院利用冷冻空气和日常材料，破解碳捕获成本难题。

科学家们刚刚找到了一种更“酷”的方法来应对气候变化 —— 字面意义上的酷。

佐治亚理工学院的一个研究团队开发出新技术，利用极冷的空气和广泛可用的多孔吸附材料，更高效、更低成本地捕获二氧化碳（CO₂）。

他们的方法利用了液化天然气（LNG）中的冷能 —— 这些冷能在工业过程中通常被浪费 —— 来增强一种名为物理吸附剂的多孔材料的碳捕获能力。

“这是激动人心的一步，”佐治亚理工学院化学与生物分子工程学院的瑞安·莱夫利（Ryan Lively）教授说。“我们证明，可以利用现有基础设施和安全、低成本的材料，以低廉的成本捕获碳。”

酷点子，救地球

传统的直接空气捕获（DAC）系统依赖基于胺类材料的化学反应，但这些系统成本高昂、能耗巨大，并且容易随时间推移而性能下降。

相比之下，物理吸附剂通过物理作用吸收气体，无需化学键合，具有吸附更快、寿命更长和能耗更低的优点 —— 但它们在温暖潮湿的空气中通常表现不佳。

为了将环境空气冷却到接近低温的水平，该团队重新利用了液化天然气再气化过程中的极端低温（将液化天然气重新转化为气体的过程）。

这种冷却过程自然地去除了空气中的水蒸气，为物理吸附剂创造了理想的工作环境，无需额外耗能的干燥步骤。

研究表明，像沸石13X和CALF-20这样的材料在接近零下78摄氏度的温度下表现尤为出色，捕获的CO₂量大约是室温下传统材料的三倍。

它们还能以较低的能耗释放捕获并纯化后的CO₂，这使得它们在实际应用中极具吸引力。

沸石13X是一种用于水处理的廉价且耐用的干燥剂材料，而CALF-20是一种金属有机框架材料（MOF），以其稳定性和从烟气中捕获CO₂的性能而闻名，但此前尚未用于空气捕获。

“除了高CO₂吸附容量，这两种物理吸附剂都展现出脱附焓低、成本效益高、可扩展性强和长期稳定性等关键特性，所有这些对于实际应用都至关重要，”该研究的主要作者、莱夫利实验室的博士后研究员Seo-Yul Kim（金叙裕）说。

变冷空气为洁净空气

经济模型表明，这种方法可以将DAC成本降至每吨70美元，不到当前成本的三分之一。这可能彻底改变大规模碳去除的经济性。

通过利用现有的液化天然气基础设施，这种方法还可以将DAC的部署范围从干燥、寒冷的地区扩展到全球温带和沿海地区。

“液化天然气再气化系统目前是一个未开发的冷能来源，其终端在世界各地的沿海地区大规模运行，”莱夫利说。“即使只利用其中一部分冷能，到2050年，我们每年也有可能捕获超过1亿公吨的CO₂。”

随着实现净零排放的竞赛日益激烈，耦合液化天然气的近低温DAC提供了一种引人注目且可扩展的解决方案。研究团队的下一步包括改进材料和优化系统设计，以确保在工业规模下的长期性能。

该研究还揭示，近低温环境极大地扩展了适用于DAC的材料范围，远远超出了在环境条件下有限的选项。

“许多以前被认为不适合用于DAC的物理吸附剂，一旦温度降低，突然就变得可行了，”该研究的合著者、佐治亚理工学院ChBE教授马修·雷亚夫（Matthew Realff）说。

“这为碳捕获材料开辟了一个全新的设计空间。”

该研究已发表在《能源与环境科学》期刊上。

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