碳捕获技术的未来是电化学吗

人类每年通过发电、制造产品、驾驶、飞行和进行其他日常活动向空气中排放数百万吨二氧化碳(CO2)。虽然植物可以吸收部分CO2，​​但其中大部分仍然悬浮在大气中，在大气中充当绝缘层，将热量吸收到地球上。

科学家认为，去除部分CO2并将其长期储存或将其转化为有用的东西是减缓人为气候变化进程的潜在选择。但是众所周知，碳封存说起来容易做起来难。

然而，科罗拉多大学博尔德分校的研究为一种从大气中去除碳的有前途的方法提供了新的见解：使用电力来操纵化学物质，以便它们可以从空气中吸取碳。

科学家们在最近发表在《能源进展》杂志上的一篇新论文中揭示了他们对称为醌的化合物家族的实验结果。通过使用电化学技术改变它们的分子结构，研究人员发现醌确实可以以受控方式与碳结合并捕获碳。

研究人员表示，这一发现不仅代表了化学领域的一项重大而新颖的发现，而且还有助于科学家更多地了解哪些类型的化合物在从空气中捕获碳方面可能更好(或更差)。

这些电化学活化的醌分子在类似空气的条件下(CO2在许多其他气体中被稀释)捕获碳时与从浓缩的CO2源(例如发电厂排放的那些)捕获碳时表现不同。

长期以来，科学家们一直假设醌分子总是与两个CO2分子结合，以1:2的比例运行。但是CUBoulder的研究人员发现，当他们从稀薄的来源(他们称之为“饥饿条件”)中捕获碳时，醌类每个只与一个CO2分子结合——比例为1:1。

“被认为有利于从浓缩源捕获CO2的电化学碳捕获材料在从空气等稀释源捕获CO2时可能效果不佳，”该研究的合著者、CU化学助理教授OanaLuca说。Boulder和CUBoulder研究与创新办公室的教员。

永远利用电化学的力量

根据美国环境保护署的数据，发电厂产生的二氧化碳排放量约占美国所有CO2排放量的31%，占所有温室气体排放量的约24%。这是因为发电厂主要燃烧煤和天然气等化石燃料来发电，这一过程会产生大量CO2。

目前，大多数确实发生的碳封存发生在这些工厂，这些工厂配备了特殊设备，可以在CO2排放到大气中之前将其捕获。然而，这个过程是能源密集型和昂贵的，并且仅限于特定地点。

它也没有被广泛使用：据一些估计，目前的碳封存工作每年仅捕获全球CO2排放量的0.1%。为了帮助减缓气候变化的进程并将全球变暖限制在巴黎协定2.7华氏度(1.5摄氏度)的目标范围内，这个数字需要迅速而显着地增加——卢卡相信电化学可以提供帮助。

Luca和她的合作者希望通过解开电化学过程的秘密，有一天他们可以将碳捕获和封存带给大众。最终，他们希望任何地方的任何人都可以操作一个小型设备，从空气中抽取CO2。

“我们的方法确实打开了一个可以部署在你家后院的系统的大门——它可以是你放在房子旁边的东西，甚至可能是你的车，”她说。“它最终会更便宜，而且也更容易分发到不存在CO2集中来源的地方。在许多方面，它可能会改变我们开展业务的方式。”

研究人员还希望最终弄清楚如何将CO2转化为有用的化学物质。今天，大多数封存的碳都储存在地下的地质构造中。

他们的愿景距离成为现实还有很多年。但是，尽管如此，研究人员对他们在实验室中取得的发现和进展感到鼓舞。

卢卡说：“我们还没有到建造设备和拯救世界的地步，但我们很高兴能够贡献一些关于材料的知识，这些材料可以被认为是直接空气碳捕获的候选材料。”

“我们将到达一个无法消除对全球环境造成的破坏的地步，所以这就是我们做这项工作的原因——尝试对此做点什么，并尝试贡献想法来制定一些解决方案。”