電化學碳捕集原理樣機。研究團隊供圖

中國工程院院士、深圳大學深地科學與綠色能源研究院院長謝和平團隊提出了低能耗電化學碳捕集新策略。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，電化學碳捕集技術(shù)因能夠利用可再生清潔電力、無須升降溫操作而備受關(guān)注。然而，該技術(shù)在實際應用中存在過程不穩(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，電化學系統(tǒng)的穩(wěn)定性往往難以保證，反應過程中的氧副反應和電極退化等限制了長期有效運行。

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

這種“雙步反應”策略避免了氧氣對系統(tǒng)的干擾，顯著提升了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和持續(xù)性。實驗結(jié)果表明，該技術(shù)能夠在200小時內(nèi)穩(wěn)定運行，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，研究團隊還成功研制出全球首套日處理煙氣1500升的電化學碳捕集原理樣機，并進行了放大演示。樣機實現(xiàn)了每日生成高純二氧化碳0.4千克、穩(wěn)定運行超72小時的技術(shù)突破，進一步驗證了該方法在大規(guī)模減碳應用中的可行性。

這一研究成果為全球減碳目標提供了全新技術(shù)支撐。隨著這項技術(shù)的不斷優(yōu)化和進一步發(fā)展，有望推動低能耗、高穩(wěn)定的碳捕集技術(shù)商業(yè)化應用，助力產(chǎn)業(yè)升級，邁向負碳未來。

相關(guān)論文信息：

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