- 瑞士研究团队开发的技术能在不到一秒内捕集二氧化碳。
- 该方法使用超薄含胺涂层，减少加热材料的需求。
- 模块化设计可组合多个单元，提升捕集效率。
- 研究人员需进行实验验证以确保系统性能。
瑞士 Empa 研究所的研究人员正在开发一种直接空气捕集技术，能够在不到一秒的时间内从大气中去除二氧化碳。此方法用超薄的含胺涂层取代了笨重的多孔过滤器，能迅速吸收和释放二氧化碳。该技术是 Empa“开采大气”研究计划的一部分，探讨如何捕集大气中的碳并将其转化为可重用的材料和化学品。研究人员已进行初步的流动和过程模拟，但仍需进行实验测试以确定该方法能否与现有的直接空气捕集系统竞争。
直接空气捕集系统通常通过多孔材料移动大量空气，将二氧化碳固定。捕集的气体随后被释放，通常是通过加热材料及施加真空或蒸汽。由于大气中的二氧化碳浓度仅约为 430 ppm，这些系统必须处理大量空气以收集有意义的温室气体。Empa 的方法则采取了不同的路径。研究人员的目标并非在每个循环中最大化捕集的二氧化碳量，而是希望更频繁地捕集较小的数量。
新技术的运作原理
所提议的系统使用超薄的含胺材料涂层。这些涂层不让二氧化碳深入多孔吸附剂内，而是在表面附近固定二氧化碳。这减少了在释放阶段需要加热的材料量。“由于热质量较低，该过程可以显著加速。”Empa 研究员 Dirk Hegemann 在研究所的声明中解释道。这些薄层能迅速加热和冷却，使二氧化碳的吸附和脱附能够在比传统系统短得多的间隔内交替进行。
Empa 研究员 Sandra Galmarini 表示，目标是在不到一秒的时间内完成一次循环，而传统方法则需要几分钟。所提议的设计类似于传送带。一个持续移动的表面涂有捕集材料，经过两个区域。在第一区域，环境空气流过涂层，使二氧化碳附着在表面上。在第二区域，材料在减压下加热，释放所捕集的气体，并为下一个循环准备涂层。将这些阶段分开可以使每个区域在不同条件下运行。
捕集部分需要足够的气流，而释放部分则需要较小的气体体积，以减少加热和创造真空所需的能量。
模块化设计的潜力
研究人员还看到系统模块化设计的潜在优势。可以将多个较小的单元组合起来，而不必建造越来越大和复杂的捕集设施。移动表面还可能有助于运输空气，从而减少风扇所需的能量。尽管模拟结果令人鼓舞，研究人员尚未对所提议的亚秒捕集循环进行实验验证。Empa 表示需要一个新的测量平台来确定二氧化碳与薄涂层的结合和分离速度。该团队还需要评估系统在每单位体积和时间内可以捕集多少二氧化碳，涂层在重复循环中的稳定性，以及密封和压力区域在高转速下的性能。
Hegemann 正在利用等离子涂层对表面进行功能化，而更广泛的研究团队则在开发所需的实验设置以测试该过程。核心挑战在于速度优势是否能转化为有意义的整体性能。每个循环捕集较少的二氧化碳意味着系统必须快速且重复运行，以实现竞争性的产量，而不消耗过多的能量用于加热、冷却、气流和真空生成。如果这些挑战能够得到解决，该技术可能会提供一种更灵活的直接空气捕集方法。
快速捕集技术的潜在影响
这项技术的开发对于应对气候变化具有重要意义。传统的二氧化碳捕集方法往往效率低下且耗能较高，而瑞士研究团队的秒级捕集技术有望显著提升捕集速度和效率。通过模块化设计，未来的捕集设施可以更灵活地配置，满足不同环境的需求。若能成功克服目前的技术挑战，这种创新方法可能成为减少大气中二氧化碳浓度的关键工具，对全球气候政策和环境保护具有深远影响。