如何从海水中抽出二氧化碳

发布时间：2023-02-17 20:18:14 栏目：生活

导读 随着二氧化碳在地球大气中不断积聚，世界各地的研究团队花了数年时间寻找有效去除空气中气体的方法。与此同时，世界上大气中二氧化碳的头号

随着二氧化碳在地球大气中不断积聚，世界各地的研究团队花了数年时间寻找有效去除空气中气体的方法。与此同时，世界上大气中二氧化碳的头号“汇”是海洋，它吸收了人类活动产生的所有气体的30%至40%。



最近，直接从海水中去除二氧化碳的可能性已成为减轻一氧化碳的另一种有希望的可能性。2排放，有朝一日甚至可能导致整体净负排放。但是，就像空气捕获系统一样，这个想法还没有导致任何广泛使用，尽管有一些公司试图进入这个领域。

现在，麻省理工学院的一组研究人员表示，他们可能已经找到了真正有效和廉价的移除机制的关键。本周，麻省理工学院教授T. Alan Hatton和Kripa Varanasi，博士后Seoni Kim以及研究生Michael Nitzsche，Simon Rufer和Jack Lake发表了一篇论文。

从海水中去除二氧化碳的现有方法在膜堆上施加电压，通过水分解使进料流酸化。这会将水中的碳酸氢盐转化为 CO 分子2，然后可以在真空下将其移除。Hatton是Ralph Landau化学工程教授，他指出，膜价格昂贵，并且需要化学物质来驱动堆栈两端的整体电极反应，这进一步增加了过程的费用和复杂性。“我们希望避免将化学物质引入阳极和阴极半电池的需要，并尽可能避免使用膜，”他说。

该团队提出了一种由无膜电化学电池组成的可逆过程。反应电极用于将质子释放到喂入细胞的海水中，驱动溶解的二氧化碳从水中释放。该过程是循环的：它首先酸化水，将溶解的无机碳酸氢盐转化为分子二氧化碳，在真空下以气体形式收集。然后，将水以反向电压送入第二组电池，以恢复质子并将酸性水变回碱性，然后再将其释放回海中。周期性地，一旦一组电极的质子耗尽(在酸化过程中)，另一组电极在碱化过程中再生，两个细胞的作用就会逆转。

机械工程教授瓦拉纳西说，这种二氧化碳的去除和碱性水的重新注入可能会慢慢开始逆转，至少在局部，由二氧化碳积聚引起的海洋酸化，这反过来又威胁到珊瑚礁和贝类。他们说，碱性水的再注入可以通过分散的出口或远近海完成，以避免可能破坏生态系统的局部碱度峰值。

“我们将无法处理整个地球的排放，”瓦拉纳西说。但在某些情况下，重新注入可能会在养鱼场等地方进行，这些地方往往会使水酸化，因此这可能是帮助抵消这种影响的一种方式。

一旦二氧化碳从水中去除，它仍然需要被处理，就像其他碳去除过程一样。例如，它可以埋在海底深处的地质构造中，或者可以化学转化为乙醇等化合物，可用作运输燃料，或转化为其他特种化学品。“您当然可以考虑使用捕获的 CO2作为化学品或材料生产的原料，但你无法将其全部用作原料，“哈顿说。“你生产的所有产品都会失去市场，所以无论如何，捕获的大量一氧化碳2需要埋在地下。

至少最初的想法是将这些系统与已经处理海水的现有或计划中的基础设施(如海水淡化厂)相结合。“这个系统是可扩展的，因此我们可以将其潜在地集成到已经处理海水或与海水接触的现有流程中，”瓦拉纳西说。在那里，二氧化碳去除可能是现有工艺的简单补充，这些工艺已经将大量水返回海洋，并且不需要化学添加剂或膜等消耗品。

“有了海水淡化厂，你已经抽出了所有的水，所以为什么不把水放在一起呢?”瓦拉纳西说。“与你移动水的方式和许可相关的一堆资本成本，所有这些都已经可以处理好了。

该系统也可以由船舶实施，这些船舶将在行驶时处理水，以帮助减轻船舶交通对总排放量的重大贡献。瓦拉纳西说，已经有国际要求降低航运业的排放，“这可以帮助航运公司抵消部分排放，并将船舶变成海洋洗涤器。

该系统也可以在海上钻井平台或水产养殖场等地点实施。最终，它可能导致部署分布在全球的独立碳去除厂。

哈顿说，这个过程可能比空气捕获系统更有效，因为海水中二氧化碳的浓度是空气中的100倍以上。在直接空气捕获系统中，首先需要捕获和浓缩气体，然后再回收气体。“然而，海洋是巨大的碳汇，所以捕获步骤已经为你完成了，”他说。“没有捕获步骤，只有释放。”这意味着需要处理的材料量要小得多，从而可能简化整个过程并减少占地面积要求。

该研究仍在继续，其中一个目标是找到当前步骤的替代方案，该步骤需要真空从水中去除分离的二氧化碳。另一个需求是确定操作策略，以防止可能污染碱化池中电极的矿物质沉淀，这是一个固有的问题，会降低所有报告方法的整体效率。哈顿指出，在这些问题上已经取得了重大进展，但现在报告这些问题还为时过早。该团队预计该系统可以在大约两年内为实际演示项目做好准备。

“二氧化碳问题是我们生活和生存的决定性问题，”瓦拉纳西说。“很明显，我们需要我们能得到的所有帮助。