二氧化碳過度排放導致空氣二氧化碳濃度逐年升高，造成全球氣候變化，引起國際社會廣泛關(guān)注。直接空氣捕集（DAC）作為一種新型負碳技術(shù)，在降低大氣二氧化碳濃度方面具有重要意義。DAC技術(shù)的核心是空氣接觸器，用于促進空氣和捕集液充分接觸以實現(xiàn)二氧化碳的高效捕集。然而，大規(guī)模建設(shè)和運行空氣接觸器成本高，限制了DAC技術(shù)的進一步發(fā)展和規(guī)?；瘧?yīng)用。 將DAC與現(xiàn)有工業(yè)設(shè)施結(jié)合是一種有效的解決方案。工業(yè)上廣泛使用循環(huán)水冷卻塔，通過大量的水-氣接觸將系統(tǒng)熱量傳遞給空氣，實現(xiàn)工業(yè)系統(tǒng)的冷卻。因此，向循環(huán)水中添加合適的捕獲劑，有望賦予冷卻塔捕集空氣二氧化碳的功能。但工業(yè)冷卻塔有著嚴格的運行條件，與DAC耦合使用時要確保不對其原有功能造成影響。 近日，山東大學胡新明教授和杜林教授、山東藍想環(huán)境科技股份有限公司張強高級工程師、丹麥奧胡斯大學Kim Daasbjerg教授合作，利用工業(yè)冷卻塔作為空氣接觸器，設(shè)計能夠匹配冷卻塔運行條件的緩沖型捕集液，開發(fā)配套的二氧化碳釋放—捕獲劑再生電化學系統(tǒng)，實現(xiàn)空氣二氧化碳的高效捕集與釋放。
冷卻塔中循環(huán)水的pH需要控制在7-10之間，這意味著大多數(shù)常見的強堿性二氧化碳捕獲劑無法直接在冷卻塔中使用。作者提出使用氨基酸鹽緩沖溶液在較低的pH變化范圍內(nèi)（10-9.4）捕集空氣二氧化碳，可獲得0.13 mol/L的二氧化碳負載量。 由于冷卻塔的主要功能是冷卻工業(yè)系統(tǒng)，因此傳統(tǒng)的熱化學解吸二氧化碳技術(shù)不適合該體系。作者使用一種氫氣自循環(huán)三腔室結(jié)構(gòu)的電解池在常溫常壓下實現(xiàn)二氧化碳的釋放和捕獲劑再生。往捕集液中添加氯化鈉作為助劑，不影響碳捕集性能，但可提高捕集液的導電性，顯著降低電解能耗。在多次循環(huán)運行中，捕集液中二氧化碳釋放率≥95%，二氧化碳純度≥98%。 最后，作者結(jié)合研究數(shù)據(jù)與冷卻塔的實際運行情況對冷卻塔的碳捕集潛力進行了估算。單座中型冷卻塔每年可捕集約2000噸二氧化碳，能耗在5.20-8.08吉焦/噸二氧化碳之間，表明利用工業(yè)冷卻塔耦合電化學技術(shù)在大規(guī)模直接空氣捕集方面具有巨大的應(yīng)用潛景。該工作為全球減碳増匯技術(shù)的發(fā)展提供了一種新思路。 論文信息 Efficient Direct Air Capture in Industrial Cooling Towers Mediated by Electrochemical CO2 Release Ao-Chuan Zheng, Ye-Bin Zou, Prof. Lin Du, Qiang Zhang, Prof. Kim Daasbjerg, Prof. Xin-Ming Hu Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202412697
