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随着二氧化碳在地球大气层中的不断积累，世界各地的研究团队多年来一直在寻求从空气中有效清除该气体的方法。与此同时，世界上最大的大气二氧化碳"汇"是海洋，它吸收了人类活动产生的所有气体中的大约30%至40%。 最近，直接从海水中清除二氧化碳的可能性已经成为缓解二氧化碳排放的另一种有希望的可能性，这种可能性甚至有可能在某一天导致整体净负排放。但是，像空气捕捉系统一样，这个想法还没有导致任何广泛的使用，尽管有一些公司试图进入这个领域。 现在，麻省理工学院的一个研究小组说，他们可能已经找到了一个真正高效和廉价的清除机制的关键。最近，麻省理工学院教授T. Alan Hatton和Kripa Varanasi，博士后Seoni Kim，以及研究生Michael Nitzsche、Simon Rufer和Jack Lake在《能源与环境科学》杂志上报告了这一发现。 现有的从海水中去除二氧化碳的方法是在一堆膜上施加电压，通过水的分裂来酸化原料流。这将水中的碳酸氢盐转化为二氧化碳分子，然后可以在真空下将其去除。哈顿是拉尔夫-兰道化学工程教授，他指出，膜是昂贵的，而且需要化学品来驱动堆栈两端的整体电极反应，进一步增加了费用和过程的复杂性。他说："我们想避免向阳极和阴极半电池引入化学品的需要，并尽可能避免使用膜。" 从海洋脱盐厂去除二氧化碳 最初，该系统可以使用现有的或计划中的已经处理海水的基础设施，如海水淡化厂，但该系统是可扩展的。这个效果图显示了新方法也可以被船舶和海上平台所使用。 该团队想出了一个由无膜电化学电池组成的可逆过程。反应电极被用来向送入细胞的海水释放质子，推动水中溶解的二氧化碳的释放。该过程是循环的。它首先酸化水，将溶解的无机重碳酸盐转化为分子二氧化碳，在真空下作为气体收集。然后，水被送入第二组具有反向电压的电池，以恢复质子并将酸性水转为碱性，然后再将其释放回海中。一旦一组电极的质子被耗尽（在酸化过程中），另一组电极在碱化过程中被再生，这两个电池的作用就会定期地被颠倒过来。 机械工程系教授瓦拉纳西说，这种去除二氧化碳和重新注入碱性水的方法可以慢慢开始扭转，至少在局部地区，由二氧化碳堆积造成的海洋酸化，反过来又威胁到了珊瑚礁和贝类。他们说，碱性水的再注入可以通过分散的出口或离岸较远的地方进行，以避免局部的碱度飙升而破坏生态系统。 Varanasi说："我们将无法处理整个地球的排放物。但在某些情况下，可能会在养鱼场等地方进行再注入，这些地方往往会使水酸化，所以这可能是一种帮助抵消这种影响的方式。" 一旦二氧化碳从水中被移除，它仍然需要被处理掉，就像其他碳清除过程一样。例如，它可以被埋在海底深处的地质构造中，或者可以通过化学方法转化为像乙醇这样的化合物，可以用作运输燃料，或者转化为其他特种化学品。"你当然可以考虑将捕获的二氧化碳作为化学品或材料生产的原料，但你不可能将其全部作为原料，"Hatton说。"你会为你生产的所有产品耗尽市场，所以无论如何，大量捕获的二氧化碳将需要被埋在地下。" "至少在最初，我们的想法是将这种系统与现有的或计划中的已经处理海水的基础设施结合起来，如海水淡化厂。"Varanasi说："这个系统是可扩展的，因此我们可以把它潜在地整合到已经在处理海水或与海水接触的现有过程中。在那里，二氧化碳的去除可以成为现有工艺的一个简单附加物，这些工艺已经将大量的水送回大海，而且它将不需要像化学添加剂或膜这样的消耗品。有了海水淡化厂，你已经在泵送所有的水，所以为什么不在那里共建？与你移动水的方式有关的一堆资本成本，以及许可，所有这些都可以已经被处理了。" 该系统也可以由船舶实施，在行驶过程中处理水，以帮助减轻船舶交通对整体排放的重大贡献。目前已经有了降低航运排放的国际规定，这可以帮助航运公司抵消一些排放，并将船舶变成海洋洗涤器。 该系统也可以在海上钻井平台或水产养殖场等地方实施。最终，它可能导致在全球范围内部署独立的碳清除工厂。 这个过程可能比空气捕集系统更有效，因为海水中的二氧化碳浓度是空气中的100倍以上。在直接空气捕集系统中，首先需要捕集和浓缩气体，然后再回收它。然而，海洋是大型的碳汇，所以捕获步骤已经完成了。"没有捕获步骤，只有释放"。这意味着需要处理的材料量要小得多，可能会简化整个过程，并减少对足迹的要求。 研究正在继续，其中一个目标是找到一个替代目前需要真空来从水中去除分离的二氧化碳的步骤。另一个需求是确定操作策略，以防止矿物质的沉淀，这些矿物质会弄脏碱化池的电极，这是一个固有的问题，会降低所有报告的方法的整体效率。研究团队在这些问题上已经取得了重大进展，但现在报告这些问题仍为时过早。预计该系统可以在大约两年内准备好用于实际示范项目。 "二氧化碳问题是我们生活、我们生存的决定性问题，"Varanasi说。"所以很明显，我们需要我们能得到的所有帮助。" |
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