電化學(xué)碳捕集原理樣機(jī)。研究團(tuán)隊(duì)供圖

中國(guó)工程院院士、深圳大學(xué)深地科學(xué)與綠色能源研究院院長(zhǎng)謝和平團(tuán)隊(duì)提出了低能耗電化學(xué)碳捕集新策略。相關(guān)研究成果近日發(fā)表于《自然-通訊》。

近年來，作為一種前景廣闊的替代方案，電化學(xué)碳捕集技術(shù)因能夠利用可再生清潔電力、無(wú)須升降溫操作而備受關(guān)注。然而，該技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中存在過程不穩(wěn)定、難以大規(guī)模推廣等一系列挑戰(zhàn)，特別是在含氧氣源如空氣或煙氣中，電化學(xué)系統(tǒng)的穩(wěn)定性往往難以保證，反應(yīng)過程中的氧副反應(yīng)和電極退化等限制了長(zhǎng)期有效運(yùn)行。

研究團(tuán)隊(duì)提出了一種全新的低能耗電化學(xué)碳捕集策略。其核心在于將傳統(tǒng)的單步電化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為電化學(xué)-化學(xué)相耦合的“雙步反應(yīng)”過程，通過在陰極和陽(yáng)極上分別進(jìn)行氫氣析出反應(yīng)和有機(jī)還原載體的氧化反應(yīng)，巧妙調(diào)節(jié)電解液的酸堿性，從而實(shí)現(xiàn)低能耗、高效的二氧化碳捕集過程。

這種“雙步反應(yīng)”策略避免了氧氣對(duì)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(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該技術(shù)能夠在200小時(shí)內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行，且捕集每噸二氧化碳的能耗僅為1.12千兆焦耳，展示出在低能耗、高效碳捕集方面的巨大潛力。

此外，研究團(tuán)隊(duì)還成功研制出全球首套日處理煙氣1500升的電化學(xué)碳捕集原理樣機(jī)，并進(jìn)行了放大演示。樣機(jī)實(shí)現(xiàn)了每日生成高純二氧化碳0.4千克、穩(wěn)定運(yùn)行超72小時(shí)的技術(shù)突破，進(jìn)一步驗(yàn)證了該方法在大規(guī)模減碳應(yīng)用中的可行性。

這一研究成果為全球減碳目標(biāo)提供了全新技術(shù)支撐。隨著這項(xiàng)技術(shù)的不斷優(yōu)化和進(jìn)一步發(fā)展，有望推動(dòng)低能耗、高穩(wěn)定的碳捕集技術(shù)商業(yè)化應(yīng)用，助力產(chǎn)業(yè)升級(jí)，邁向負(fù)碳未來。

相關(guān)論文信息：

https://doi.org/10.1038/s41467-024-55334-3