一種從海洋中去除溫室氣體的新方法可能比現有的從空氣中去除溫室氣體的系統更有效。

隨著二氧化碳在地球大氣層中不斷積累，世界各地的研究團隊花費了數年時間尋找有效去除空氣中氣體的方法。與此同時，世界上的大氣二氧化碳“匯”是海洋，它吸收了人類活動產生的所有氣體的 30% 到 40%。

近，直接從海水中去除二氧化碳的可能性已成為減少 CO 2排放的另一種有前途的可能性，有朝一日甚至可能導致整體凈負排放。但是，就像空氣捕獲系統一樣，這個想法還沒有得到廣泛應用，盡管有一些公司試圖進入這個領域。

現在，麻省理工學院的一組研究人員表示，他們可能已經找到了真正有效且廉價的去除機制的關鍵。麻省理工學院教授 T. Alan Hatton 和 Kripa Varanasi、博士后 Seoni Kim 以及研究生 Michael Nitzsche、Simon Rufer 和 Jack Lake 在一篇論文中于本周在《能源與環境科學》雜志上報道了這一發現。

現有的從海水中去除二氧化碳的方法在一疊膜上施加電壓，通過水分解來酸化進料流。這會將水中的碳酸氫鹽轉化為 CO 2分子，然后可以在真空下將其去除。拉爾夫蘭道化學工程教授哈頓指出，膜很昂貴，并且需要化學物質來驅動堆棧兩端的整體電極反應，進一步增加了過程的費用和復雜性。“我們希望避免將化學品引入陽極和陰極半電池，并盡可能避免使用膜，”他說。

該團隊提出了一種由無膜電化學電池組成的可逆過程。反應電極用于將質子釋放到供給電池的海水中，從而驅動水中溶解的二氧化碳的釋放。該過程是循環的：首先將水酸化，將溶解的無機碳酸氫鹽轉化為分子二氧化碳，然后在真空下以氣體形式收集。然后，水被輸送到第二組具有反向電壓的電池，以回收質子并將酸性水變回堿性，然后再將其釋放回大海。一旦一組電極耗盡質子（在酸化過程中）并且另一組在堿化過程中再生，這兩個電池的作用就會周期性地互換。

瓦拉納西教授說，這種去除二氧化碳和重新注入堿性水的方法可能會慢慢開始逆轉，至少在局部逆轉由二氧化碳積累引起的海洋酸化，這反過來又威脅到珊瑚礁和貝類。機械工業。他們說，堿性水的再注入可以通過分散的出口或遠海進行，以避免可能破壞生態系統的局部堿度峰值。

“我們無法處理整個地球的排放，”瓦拉納西說。但在某些情況下，可能會在養魚場等容易使水酸化的地方進行再注入，因此這可能是一種有助于抵消這種影響的方法。

一旦二氧化碳從水中去除，它仍然需要像其他碳去除過程一樣進行處理。例如，它可以埋在海底深處的地質構造中，或者可以化學轉化為一種化合物，如乙醇，可用作運輸燃料，或轉化為其他特種化學品。“您當然可以考慮將捕獲的 CO 2用作化學品或材料生產的原料，但您無法將其全部用作原料，”Hatton 說。“您生產的所有產品都會失去市場，因此無論如何，大量捕獲的 CO 2都需要埋在地下。”

至少初的想法是將此類系統與已經處理海水的現有或計劃中的基礎設施（例如海水淡化廠）結合起來。“該系統具有可擴展性，因此我們可以將其潛在地整合到已經在處理海水或與海水接觸的現有流程中，”Varanasi 說。在那里，去除二氧化碳可能是對現有工藝的簡單附加，現有工藝已經將大量水返回大海，而且不需要化學添加劑或膜等消耗品。

“有了海水淡化廠，你已經在抽水了，那為什么不在同一地點設在那里呢？” 瓦拉納西說。“與你移動水的方式和許可相關的大量資本成本，所有這些都已經可以解決了。”

該系統還可以由在航行時處理水的船舶實施，以幫助減輕船舶交通對總體排放的重大貢獻。國際上已經制定了降低航運排放的指令，“這可以幫助航運公司抵消部分排放，并將船舶變成海洋洗滌器，”瓦拉納西說。

該系統還可以在海上鉆井平臺或水產養殖場等地點實施。終，它可能會導致在全球部署獨立的碳去除廠。

哈頓說，這個過程可能比空氣捕獲系統更有效，因為海水中二氧化碳的濃度是空氣中的 100 多倍。在直接空氣捕獲系統中，首先必須在回收氣體之前捕獲和濃縮氣體。“然而，海洋是巨大的碳匯，所以捕獲步驟已經為你完成了，”他說。“沒有捕獲步驟，只有釋放。” 這意味著需要處理的材料量要小得多，可能會簡化整個過程并減少占地面積要求。

該研究仍在繼續，一個目標是找到當前步驟的替代方法，該步驟需要真空以從水中去除分離的二氧化碳。另一個需要是確定操作策略，以防止礦物質沉淀污染堿化池中的電極，這是一個固有問題，會降低所有報告方法的整體效率。哈頓指出，在這些問題上已經取得了重大進展，但現在就報告這些問題還為時過早。該團隊預計該系統可以在大約兩年內準備好進行實際的示范項目。

“二氧化碳問題是我們生活和生存的決定性問題，”瓦拉納西說。“很明顯，我們需要我們能得到的所有幫助。”

這項工作得到了 ARPA-E 的支持。