近日，麻省理工學院的研究人員說他們已經(jīng)開發(fā)出一種釋放和捕獲二氧化碳的方法，其能耗遠遠低于直接的空氣捕獲，最重要的是，海水中的二氧化碳濃度是空氣中的100多倍，另外，這個方法還對一些其他的環(huán)境效益。
從水中提取溫室氣體是一個聽起來很奇怪的想法，但是海洋是地球上最大的碳匯，而直接的空氣碳捕獲有相當嚴重的問題：它的成本很高，而且使用大量的能源。
根據(jù)國際能源署2022年的數(shù)據(jù)，即使是更有效的空氣捕集技術也需要大約6.6千兆焦耳的能量，或者說每捕集一噸二氧化碳需要1.83兆瓦時。
這些能源中的大部分并不是用來直接從空氣中分離二氧化碳，而是用來保持吸收器的工作溫度的熱能，或者用來壓縮大量空氣的電能，以便能夠有效地進行捕獲操作。但無論如何，成本都是無法控制的，2030年每噸的價格估計在300-1000美元之間。根據(jù)Statista的數(shù)據(jù)，目前地球上沒有一個國家愿意向碳排放者征收哪怕是較低估計值的一半的稅；排名第一的烏拉圭的稅率為137美元/噸。除非其成本大幅下降，否則直接空氣捕集將無法作為一項有效的業(yè)務運作。
事實證明還有一個選擇就是海水。隨著大氣中碳濃度的上升，二氧化碳開始溶入海水。目前，海洋吸收了人類每年所有碳排放量的30-40%，并與空氣保持著持續(xù)的自由交換。把碳從海水中吸出來，它就會從空氣中吸出更多的碳來重新平衡濃度。最重要的是，海水中的二氧化碳濃度是空氣中的100多倍。
以前的研究團隊已經(jīng)設法從海水中釋放二氧化碳并將其捕獲，但他們的方法需要昂貴的膜和不斷供應的化學品來保持反應的進行。另一方面，麻省理工學院的團隊已經(jīng)宣布成功地測試了一個系統(tǒng)，該系統(tǒng)既不使用這兩種物質(zhì)，又需要比空氣捕獲方法少得多的能量。
在新系統(tǒng)中，海水通過兩個腔室。第一個使用活性電極將質(zhì)子釋放到海水中，使水酸化，將溶解的無機重碳酸鹽變成二氧化碳氣體，二氧化碳氣體冒出并被真空收集。然后，水被推送到第二組具有反向電壓的電池中，將這些質(zhì)子喚回，并在將其釋放回海中之前將酸性水轉(zhuǎn)為堿性。定期地，當活性電極上的質(zhì)子被耗盡時，電壓的極性被逆轉(zhuǎn)，同樣的反應繼續(xù)進行，水向相反的方向流動。
在一份發(fā)表在同行評議雜志《能源與環(huán)境科學》上的新研究中，該團隊稱其技術需要122千焦/摩爾的能量輸入，根據(jù)計算相當于每噸0.77兆瓦時，而且該團隊相信它可以做得更好。"盡管我們的基礎能量消耗為122千焦/摩爾-二氧化碳，是一個創(chuàng)紀錄的低值，"研究報告中寫道，"它仍然可以朝著32千焦/摩爾-二氧化碳的熱力學極限大幅下降。"
該團隊預測，每噸二氧化碳的優(yōu)化成本約為56美元--盡管直接與全系統(tǒng)直接空氣捕集成本進行比較并不公平。該研究警告說，這不包括真空脫氣、過濾和"電化學系統(tǒng)之外的輔助成本"--對這些成本的分析將必須單獨進行。然而，其中一些成本有可能通過將碳捕集裝置與其他設施（例如已經(jīng)在處理大量海水的海水淡化廠）整合而得到緩解。
該系統(tǒng)可以與任何現(xiàn)有的處理海水的基礎設施相結合，如海水淡化，另外，還有一些其他的好處；近年來，海洋中的碳積聚增加已經(jīng)造成了酸化問題，威脅到了珊瑚礁和貝類。這個過程的堿性輸出，如果直接用于需要的地方，可以幫助糾正生態(tài)平衡。
該團隊計劃在未來兩年的某個時候開展一個實際的示范項目，并表示有很多事情仍然需要努力。首先，研究人員希望能夠在沒有真空系統(tǒng)的情況下將氣體分離出來。礦物沉淀物在堿化一側(cè)的電極上結垢，所以還有很多進展要做。
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