2026 年 10 月 1 日
近日，德拉华大学（University of Delaware）与 RepAir DAC 有限公司的研究团队在《自然能源》（Nature Energy）杂志上发表论文，介绍了一种基于电池原理的新型碳捕获设备。该研究旨在通过电化学手段降低直接空气捕获（DAC）技术的能耗与成本，目标是将每吨二氧化碳的捕获成本控制在 100 美元以下。
突破传统热摇摆吸附瓶颈
二氧化碳是导致全球气候变化的主要温室气体之一。目前的直接空气捕获技术多采用“热摇摆吸附”方法，即先暂时结合二氧化碳，再通过加热将其释放以便收集。这种反复加热和冷却的过程消耗大量能量，导致成本居高不下。
相比之下，电化学碳捕获被视为一种有前途的低能耗解决方案，特别是当它与可再生能源（如太阳能或风能电力）结合使用时。然而，此前提出的许多电化学装置难以同时实现低能源成本、高耐用性以及二氧化碳的完全净化，且在规模化扩展和压力降方面存在不足。
新开发的设备利用氢氧化镍电池设计来驱动二氧化碳的捕获与释放化学反应。与传统方案不同，该设备无需重复的热循环过程。研究人员构建了一个工作面积为 25 平方厘米的初始原型，并在实验室环境中对其性能进行了测试。
关键参数与耐久性表现
初步测试结果显示出良好的应用潜力。在长达 5,000 小时的运行测试中，实验室设备展现了优异的耐久性。作者指出：“我们展示了一种采用氢氧根离子交换膜的对称镍氢氧化物电池设计，并在实验室规模的 25-cm² 器件中进行了长达 5,000 h 的耐久性测试。”
在另一项为期 48 小时的测试中，一个更大规模的样机每捕获一吨二氧化碳仅消耗 0.83 兆瓦时（MWh）的电力。对于扩大后的 9 × 300 cm² 电化学堆，具体性能数据如下：
- 能源成本：132 kJ/mol CO₂⁻¹
- 通量：0.19 mol CO₂ m⁻² h⁻¹（相当于 75 kg CO₂ m⁻² yr⁻¹）
- 单位能耗：0.83 MWh tCO₂⁻¹
- 压力降：符合 DAC 要求的 300 Pa
该装置的核心结构包含两根基于氢氧化镍的电极，这种材料在通电时会发生化学反应。电极之间引入了一种特殊的氢氧根离子交换膜，允许带负电荷的粒子通过，从而建立驱动捕获过程的 pH 梯度。
商业化前景与成本路径
作为研究的一部分，团队评估了该设备相关的潜在碳捕获成本，并概述了随着能源技术进步和产量扩大，成本下降的可能途径。
未来，这一新型碳捕获系统有望进一步优化并接受更广泛的测试。如果最终实现商业化，并与低碳电力供应及捕获二氧化碳的长期储存相结合，该技术将为缓解气候变化提供重要的工具支持。
