麻省理工学院的研究小组探索从海洋中去除二氧化碳

海洋是世界上最大的二氧化碳“汇”，吸收了人类活动产生的约30%至40%的气体。

最近，直接从海水中去除二氧化碳的想法已经成为减少排放的一种可能性。虽然它还没有被广泛使用，但一组研究人员在麻省理工学院相信他们可能已经找到了“真正有效和廉价的去除机制”的关键。他们的研究结果发表在能源与环境科学．

现有的从海水中去除二氧化碳的方法是在一堆膜上施加电压，通过水分解使饲料流酸化。这将水中的碳酸氢盐转化为二氧化碳分子，然后可以在真空下去除。

该论文的合著者、麻省理工学院化学工程教授拉尔夫·兰道(Ralph Landau) T. Alan Hatton指出，这种膜很昂贵，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成本和复杂性。

他说:“我们希望避免在阳极和阴极半电池中引入化学物质，并尽可能避免使用膜。”

研究小组解释说，他们提出了一种由无膜电化学电池组成的可逆过程。活性电极被用来向注入电池的海水释放质子，推动水中溶解的二氧化碳的释放。

这个过程是循环的，首先使水酸化，将溶解的无机碳酸氢盐转化为分子二氧化碳，在真空下以气体的形式收集。然后，水以反向电压被送入第二组电池，回收质子，并在释放回大海之前将酸性水变回碱性。

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，两个电池的作用就会周期性地发生逆转。

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根据麻省理工学院机械工程教授克里帕·瓦拉纳西的说法，二氧化碳的去除和碱性水的重新注入可以缓慢地开始逆转，至少在局部，由二氧化碳积聚引起的海洋酸化，这已经威胁到珊瑚礁和贝类。

瓦拉纳西说，碱性水的回注可以通过分散的出口或离岸很远的地方进行，以避免可能破坏生态系统的局部碱性峰值。

一旦二氧化碳从水中去除，它仍然需要处理，就像其他碳去除过程一样。

哈顿说:“你当然可以考虑把捕获的二氧化碳用作化学制品或材料生产的原料，但你不能把所有的二氧化碳都用作原料。”“你生产的所有产品都会没有市场，所以无论如何，大量捕获的二氧化碳都需要埋在地下。”

最初，该团队的想法是将可扩展系统与现有或计划中的已经处理海水的基础设施(如海水淡化厂)结合起来，作为一个“简单的附加组件”。

瓦拉纳西说，它可以由充当“海洋洗涤器”的船只实施，在航行中处理水，以帮助减轻船舶交通对总体排放的重大贡献。

该团队认为，该系统也可以在海上钻井平台或水产养殖场等地点实施，并最终可能导致全球独立碳去除工厂的部署。

根据哈顿的说法，这个过程可能比空气捕捉系统更有效，因为海水中的二氧化碳浓度是空气中的100多倍。在直接空气捕获系统中，首先需要在回收气体之前捕获和浓缩气体。他解释说，“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，这可能简化了流程，降低了对占地面积的要求。

这项研究的一个目标是找到一种替代方法，以取代目前需要真空从水中去除分离的二氧化碳的方法。另一个需要是确定操作策略，以防止矿物质沉淀，从而污染碱化池中的电极，这是一个固有的问题，降低了所有报道的方法的整体效率。

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。