一種從海洋中去除溫室氣體的新方法可能比現(xiàn)有的從空氣中去除溫室氣體的系統(tǒng)更有效。

隨著二氧化碳在地球大氣層中不斷積累，世界各地的研究團(tuán)隊(duì)花費(fèi)了數(shù)年時(shí)間尋找有效去除空氣中氣體的方法。與此同時(shí)，世界上的大氣二氧化碳“匯”是海洋，它吸收了人類活動(dòng)產(chǎn)生的所有氣體的 30% 到 40%。

近，直接從海水中去除二氧化碳的可能性已成為減少 CO 2排放的另一種有前途的可能性，有朝一日甚至可能導(dǎo)致整體凈負(fù)排放。但是，就像空氣捕獲系統(tǒng)一樣，這個(gè)想法還沒有得到廣泛應(yīng)用，盡管有一些公司試圖進(jìn)入這個(gè)領(lǐng)域。

現(xiàn)在，麻省理工學(xué)院的一組研究人員表示，他們可能已經(jīng)找到了真正有效且廉價(jià)的去除機(jī)制的關(guān)鍵。麻省理工學(xué)院教授 T. Alan Hatton 和 Kripa Varanasi、博士后 Seoni Kim 以及研究生 Michael Nitzsche、Simon Rufer 和 Jack Lake 在一篇論文中于本周在《能源與環(huán)境科學(xué)》雜志上報(bào)道了這一發(fā)現(xiàn)。

現(xiàn)有的從海水中去除二氧化碳的方法在一疊膜上施加電壓，通過水分解來酸化進(jìn)料流。這會(huì)將水中的碳酸氫鹽轉(zhuǎn)化為 CO 2分子，然后可以在真空下將其去除。拉爾夫蘭道化學(xué)工程教授哈頓指出，膜很昂貴，并且需要化學(xué)物質(zhì)來驅(qū)動(dòng)堆棧兩端的整體電極反應(yīng)，進(jìn)一步增加了過程的費(fèi)用和復(fù)雜性。“我們希望避免將化學(xué)品引入陽極和陰極半電池，并盡可能避免使用膜，”他說。

該團(tuán)隊(duì)提出了一種由無膜電化學(xué)電池組成的可逆過程。反應(yīng)電極用于將質(zhì)子釋放到供給電池的海水中，從而驅(qū)動(dòng)水中溶解的二氧化碳的釋放。該過程是循環(huán)的：首先將水酸化，將溶解的無機(jī)碳酸氫鹽轉(zhuǎn)化為分子二氧化碳，然后在真空下以氣體形式收集。然后，水被輸送到第二組具有反向電壓的電池，以回收質(zhì)子并將酸性水變回堿性，然后再將其釋放回大海。一旦一組電極耗盡質(zhì)子（在酸化過程中）并且另一組在堿化過程中再生，這兩個(gè)電池的作用就會(huì)周期性地互換。

瓦拉納西教授說，這種去除二氧化碳和重新注入堿性水的方法可能會(huì)慢慢開始逆轉(zhuǎn)，至少在局部逆轉(zhuǎn)由二氧化碳積累引起的海洋酸化，這反過來又威脅到珊瑚礁和貝類。機(jī)械工業(yè)。他們說，堿性水的再注入可以通過分散的出口或遠(yuǎn)海進(jìn)行，以避免可能破壞生態(tài)系統(tǒng)的局部堿度峰值。

“我們無法處理整個(gè)地球的排放，”瓦拉納西說。但在某些情況下，可能會(huì)在養(yǎng)魚場(chǎng)等容易使水酸化的地方進(jìn)行再注入，因此這可能是一種有助于抵消這種影響的方法。

一旦二氧化碳從水中去除，它仍然需要像其他碳去除過程一樣進(jìn)行處理。例如，它可以埋在海底深處的地質(zhì)構(gòu)造中，或者可以化學(xué)轉(zhuǎn)化為一種化合物，如乙醇，可用作運(yùn)輸燃料，或轉(zhuǎn)化為其他特種化學(xué)品。“您當(dāng)然可以考慮將捕獲的 CO 2用作化學(xué)品或材料生產(chǎn)的原料，但您無法將其全部用作原料，”Hatton 說。“您生產(chǎn)的所有產(chǎn)品都會(huì)失去市場(chǎng)，因此無論如何，大量捕獲的 CO 2都需要埋在地下。”

至少初的想法是將此類系統(tǒng)與已經(jīng)處理海水的現(xiàn)有或計(jì)劃中的基礎(chǔ)設(shè)施（例如海水淡化廠）結(jié)合起來。“該系統(tǒng)具有可擴(kuò)展性，因此我們可以將其潛在地整合到已經(jīng)在處理海水或與海水接觸的現(xiàn)有流程中，”Varanasi 說。在那里，去除二氧化碳可能是對(duì)現(xiàn)有工藝的簡(jiǎn)單附加，現(xiàn)有工藝已經(jīng)將大量水返回大海，而且不需要化學(xué)添加劑或膜等消耗品。

“有了海水淡化廠，你已經(jīng)在抽水了，那為什么不在同一地點(diǎn)設(shè)在那里呢？” 瓦拉納西說。“與你移動(dòng)水的方式和許可相關(guān)的大量資本成本，所有這些都已經(jīng)可以解決了。”

該系統(tǒng)還可以由在航行時(shí)處理水的船舶實(shí)施，以幫助減輕船舶交通對(duì)總體排放的重大貢獻(xiàn)。國(guó)際上已經(jīng)制定了降低航運(yùn)排放的指令，“這可以幫助航運(yùn)公司抵消部分排放，并將船舶變成海洋洗滌器，”瓦拉納西說。

該系統(tǒng)還可以在海上鉆井平臺(tái)或水產(chǎn)養(yǎng)殖場(chǎng)等地點(diǎn)實(shí)施。終，它可能會(huì)導(dǎo)致在全球部署獨(dú)立的碳去除廠。

哈頓說，這個(gè)過程可能比空氣捕獲系統(tǒng)更有效，因?yàn)楹Ｋ卸趸嫉臐舛仁强諝庵械?100 多倍。在直接空氣捕獲系統(tǒng)中，首先必須在回收氣體之前捕獲和濃縮氣體。“然而，海洋是巨大的碳匯，所以捕獲步驟已經(jīng)為你完成了，”他說。“沒有捕獲步驟，只有釋放?！?nbsp;這意味著需要處理的材料量要小得多，可能會(huì)簡(jiǎn)化整個(gè)過程并減少占地面積要求。

該研究仍在繼續(xù)，一個(gè)目標(biāo)是找到當(dāng)前步驟的替代方法，該步驟需要真空以從水中去除分離的二氧化碳。另一個(gè)需要是確定操作策略，以防止礦物質(zhì)沉淀污染堿化池中的電極，這是一個(gè)固有問題，會(huì)降低所有報(bào)告方法的整體效率。哈頓指出，在這些問題上已經(jīng)取得了重大進(jìn)展，但現(xiàn)在就報(bào)告這些問題還為時(shí)過早。該團(tuán)隊(duì)預(yù)計(jì)該系統(tǒng)可以在大約兩年內(nèi)準(zhǔn)備好進(jìn)行實(shí)際的示范項(xiàng)目。

“二氧化碳問題是我們生活和生存的決定性問題，”瓦拉納西說。“很明顯，我們需要我們能得到的所有幫助?！?/span>

這項(xiàng)工作得到了 ARPA-E 的支持。