美國能源部對(duì)碳清除項(xiàng)目的35億美元投資和世界范圍內(nèi)的類似舉措正在迅速推進(jìn)碳捕集技術(shù)，但在大規(guī)模部署之前仍存在重大障礙。

全世界都感受到了由穩(wěn)步增長的碳排放所造成氣候變化的有害影響。在公司和研究團(tuán)體努力開發(fā)新技術(shù)以減少碳排放的同時(shí)，一些科學(xué)家將目光投向了凈零排放的目標(biāo)之外，積極減少大氣中的二氧化碳數(shù)量，以實(shí)現(xiàn)超越零的未來。

這項(xiàng)技術(shù)被稱為碳捕集，即二氧化碳的去除和隨后的儲(chǔ)存或轉(zhuǎn)化。這是一個(gè)新興的行業(yè)，也被稱為直接空氣除碳、碳利用、二氧化碳利用或碳技術(shù)。

美國能源部在今年5月宣布對(duì)直接空氣碳清除項(xiàng)目投資35億美元，以努力鼓勵(lì)一個(gè)可能有助于控制全球地球變暖排放的行業(yè)。

直接空氣除碳項(xiàng)目類似于巨大的真空吸塵器，從空氣中捕捉二氧化碳并將其容納起來。然后，這些項(xiàng)目使用化學(xué)品從空氣中去除二氧化碳?xì)怏w，并將其儲(chǔ)存在地下巖石中，或?qū)⑵溆糜诟鞣N材料，如混凝土或化工制品。

大自然在其森林、沼澤和海洋中自行清除大氣中的二氧化碳。但是這個(gè)自然過程發(fā)生的速度太慢，遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上全世界化石燃料的排放。

據(jù)悉，美國能源部的35億美元項(xiàng)目由兩黨的基礎(chǔ)設(shè)施法共同資助，目的是開發(fā)四個(gè)直接空氣捕集中心，每個(gè)中心每年能夠清除超過100萬噸的二氧化碳。每年去除100萬噸二氧化碳相當(dāng)于讓20萬輛汽油動(dòng)力汽車停止上路。

美國的這份努力在其他國家也在發(fā)生，這意味著該技術(shù)正在迅速發(fā)展。然而，根據(jù)東京都立大學(xué)最近發(fā)表的一篇經(jīng)同行評(píng)議的文章，在它能夠被大規(guī)模部署之前，仍然存在巨大的障礙。

文章稱，那里的研究人員開發(fā)了一種新的碳捕集系統(tǒng)，以 "前所未有的性能 "直接從大氣中清除二氧化碳。在一個(gè) "液-固相分離 "系統(tǒng)中的異佛爾酮二胺（IPDA）被發(fā)現(xiàn)能夠以99%的效率去除大氣中含有的低濃度的二氧化碳。文章說，這種化合物可重復(fù)使用，只需極少的加熱，其速度至少是現(xiàn)有系統(tǒng)的兩倍。

研究人員說，他們最大的挑戰(zhàn)是實(shí)現(xiàn)效率，特別是將大氣中的空氣直接處理到直接空氣除碳（DAC）系統(tǒng)中。文章稱，在這樣的濃度下，二氧化碳與吸附劑的化學(xué)反應(yīng)非常緩慢。還有一個(gè)困難是在更可持續(xù)的捕集和解吸循環(huán)中再次把二氧化碳弄出來，這本身就可能是非常耗能的。

二氧化碳是一種熱穩(wěn)定的分子，在動(dòng)力學(xué)上也是惰性的，換句話說，需要大量的能量來激活二氧化碳分子，以形成所需產(chǎn)品的構(gòu)建塊。

目前用于實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的催化劑的穩(wěn)定性和耐久性有限。為了在工業(yè)上可行，這些催化劑必須穩(wěn)定數(shù)年，而不是像目前的技術(shù)那樣幾天或幾周。

DAC技術(shù)的高能源需求導(dǎo)致每噸二氧化碳的運(yùn)行成本約為200至600美元。加州大學(xué)河濱分校的研究人員說，DAC的成本需要低于每噸二氧化碳100美元，才具有經(jīng)濟(jì)上的可行性。

另一個(gè)挑戰(zhàn)是，由于產(chǎn)量低，目前從碳捕集中獲得的產(chǎn)品價(jià)值有限。大多數(shù)碳捕集和利用戰(zhàn)略開始于將捕集的二氧化碳與來自水電解的可再生氫結(jié)合，制造甲醇和一氧化碳。然而，這種反應(yīng)的一個(gè)特殊挑戰(zhàn)是含有兩個(gè)或更多碳原子的更有用的產(chǎn)品的產(chǎn)量低，如乙烯。乙烯被化學(xué)工業(yè)用作化學(xué)品、油漆、包裝和燃料的主要組成部分。成功實(shí)施碳捕集和利用以生產(chǎn)高產(chǎn)量的乙烯和其他含有一個(gè)以上碳原子的產(chǎn)品將提高工業(yè)實(shí)施的可能性，并取代目前產(chǎn)生溫室氣體的工藝。

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