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2019-11-15充放電之間,也能輕鬆捕獲二氧化碳 455 期

Author 作者 編輯部
【本刊訊】科學家開發一種能利用充放電去除二氧化碳(CO2)的裝置,且可用於任何濃度的空氣處理,即使目標氣體僅佔大氣中極少的比例,依然有用。
 
該裝置是一個大型的特化電池,而「過濾」空氣的過程,就是在充/放電之間完成的──當空氣注入並開始充電,空氣中的CO2便會在流經電極時被吸收,而被聚集、濃縮的CO2則於放電時釋出。此外,電極表面塗布著與奈米碳管複合的化合物聚蒽醌(polyanthraquinone),使得它們對CO2有著天然的親和力(natural affinity),讓電池堆(stack)的電極表面在充電時可產生電化學反應;放電時,電極表面便會產生逆反應,期間裝置可提供系統電源外,也可釋出純CO2
 
放眼各式碳捕捉與吸收系統,這個新開發的裝置又有什麼過人之處呢?根據ScienceDaily報導,麻省理工學院(Massachusetts Institute of Technology, MIT)博士後研究員沃斯庠(Sahag Voskian)解釋,吸附劑(adsorbent)對CO2的親和力相當兩極,有可能高度親和,也有可能完全沒有,端看裝置處在充電或是放電的狀態。如此極端的親和力表現,幾乎能夠在任何濃度中捕捉CO2,並以載流(carrier stream)的形式輸出。而其它亦可進行碳捕捉的反應,則多涉及額外的化學過程,或需要熱與壓力差等大量的能量輸入,效率較差。
 
將CO2補捉出來後,便可連結其它系統做更便利的應用。假設今天人們想將飲料碳酸化,只需將一般或任何含有CO2的氣流導入,就可以得到純CO2氣體,用來讓飲料起泡。而經營溫室的農人,也能透過這樣的裝備,更輕鬆地將CO2餵養給植物。更棒的是,這套系統也能減少人類對化石燃料的需求,甚至能將捕捉到的CO2壓縮並注入到地下處理,或透過一系列化學/電化學過程來把它們都轉換為燃料。
 
在發電廠中,也可將兩個電化學電池堆並行運作,第一個裝置處理完畢後排放給第二個裝置,在充放電之間便能將廢氣處理完畢。研究者也在報導中分享,經實驗室證實,此系統可在承受至少七千次的充放電循環後,僅損失30%的效能,並預估最終的成果可達到兩萬至五萬的循環數。
 
至於電極本身,時至今日已能在實驗室以標準化的方法製造出來,且經調整後,還可用類似印製報紙的滾對軸(roll-to-roll)加工進行大量製造。沃斯庠向ScienceDaily透露,這個生產技術相當具有成本效益,估計每平方公尺的電池只需花費數十美元就行了。而所捕捉到的CO2,每公噸也只消耗掉十億焦耳(gigajoule),與其它功能相似的技術相比,效益好很多。目前,研究團隊正籌組一家名為Verdox的公司,企圖將生產過程商業化,盼能在接下來的幾年完成實驗性的工作、擴大產出。

 

延伸閱讀

Sahag Voskian and T. Alan Hatton, Faradaic electro- swing reactive adsorption for CO2 capture, Energy & Environmental Science, 2019.