“负排放”技术新进展！从海水中去除二氧化碳获新突破！

工业革命以来，人类生产活动（尤其是化石燃料的燃烧）所排放的二氧化碳正在对环境造成严重破坏，全球每年排放近40亿吨二氧化碳，大气中二氧化碳的持续积累导致正全球温度急剧升高，全球的气候模式平衡被打破。为了缓解这一问题，积极应对全球性的气候变化，科学家们提出了一系列解决方案。这些方案从原理上分为两类：削减正排放和增加负排放。

工业温室气体排放

所谓的削减正排放即我们常说的“节能减排”，通过发展新的清洁能源技术，用可再生的能源来替代化石能源，以从源头上减少碳排放。但是，当今社会能源系统短时间离不开对能源的消耗，人类的生产生活想做到完全脱碳是不现实的。因此，要实现能源系统的净零排放，从环境环境中直接去除二氧化碳的负排放技术就受到了人们的广泛关注。

负排放技术调查报告

负排放技术种类繁多，并且还在不断的发展中，主要可以分为两大类：一类是基于化学手段的负排放技术，主要包括直接空气捕获（Direct Air Capture，简称DAC）和加速矿化两大类，原理利用化学或地球化学反应吸附或捕获大气中的二氧化碳，并进一步封存或利用。

直接空气捕获（DAC）技术

另一类是基于生物过程的负排放技术，主要包括生物质能-碳捕集与封存（Bioenergy with Carbon Capture and Storage，简称BECCS）、土壤固碳、植树造林、生物炭等技术，原理是利用光合作用来吸收大气中的二氧化碳，最终将碳固定在植物、土壤、湿地或海洋中。

生物质能-碳捕集与封存（BECCS）技术

以上都是基于大气环境条件下去除二氧化碳的技术，但是在大气环境中，二氧化碳的浓度非常稀薄（0.77 mg/L） ，因此去除二氧化碳面临很大的挑战性。

相较而言，海洋是地球最大的“碳汇体”，海洋中二氧化碳的排放量总量与大气中二氧化碳排放量的总量相当，吸收了大气中约30%~40%的人为二氧化碳排放。而且，海水中二氧化碳的浓度（100 mg/L）比大气环境高得多，这意味着如果 从海洋中去除二氧化碳 需要处理的材料体积量比直接空气捕获（DAC）等技术小得多，因此从某种意义上来说，从海洋中去除二氧化碳 具有一定的先天技术处理优势，进一步简化了处理过程。

二氧化碳进入海洋过程示意图

从海水中去除二氧化碳 的方法其原理在于：需要通过一定的技术手段将海水的pH值从约8.1调节至小于7，以确保溶解的无机碳（DIC）从碳酸盐和碳酸氢盐中转化为分子二氧化碳，最终可以在真空环境下去除。电化学反应系统被认为是调节海水中pH值的理想选择，因为该反应是以可控的方式提供电子来驱动的，可以避免化学物质的使用并由此产生其他寄生的反应。目前关于从海水中去除二氧化碳 的研究使用了双极膜电渗析（BPMED），但双极膜的成本较高，可能会阻碍该过程的商业化，并且这些膜结构中甚至含有一些有毒的氧化还原产物，存在泄漏到海水中的风险。

双极膜电渗析（BPMED）系统示意图

本月，麻省理工学院团队在《能源与环境科学》杂志上发表的一篇最新研究有望从工艺技术和经济成本角度将 从海洋中去除二氧化碳 技术面向产业化应用推向一个新高度！

研究论文官网

该研究报道了一种采用铋和银电极的不对称电化学系统，使氯介导的电化学pH调节成为可能，可以有效去除海水中的二氧化碳，而无需昂贵的双极膜。

氯介导电化学pH变化系统去除海水中二氧化碳的一般原理

两个银-铋系统在循环过程中串联运行，一个用来酸化海水，这有助于二氧化碳的去除；另一个通过碱化处理并收集二氧化碳。该系统在10h的连续运行中表现出了良好的性能，模拟海水中无机碳（DIC）的去除效率为87%，能耗也相对较低（为122 kJ/mol）。此外，初步的经济技术分析表明，这种海洋二氧化碳去除系统在经济层面上应用是可行的。

面对能源危机和日益严重的环境问题，为达到碳中和的目标，既要考虑节能减排技术，同时也要考虑负排放技术，只有将两种技术完美结合，互为补充，我们才能在面对环境危机面前更“从容”！