研究人員近日發(fā)現了一種從海洋中清除溫室氣體的新方法，通過(guò)由無(wú)膜電化學(xué)電池組成的可逆流程來(lái)清除海水中的二氧化碳。專(zhuān)家表示，這種方法可能比從空氣中清除溫室氣體的現有方式更為有效。
據塞特科技日報(Scitech Daily)3月1日報道，麻省理工學(xué)院一研究團隊在能源與環(huán)境科學(xué)雜志(Energy and Environmental Science)上發(fā)表了突破性研究成果，稱(chēng)他們可能已經(jīng)找到了一個(gè)真正高效且低廉的碳清除方法的關(guān)鍵。
當地時(shí)間2021年9月24日，印度泰米爾納德邦拉梅斯瓦拉姆海岸外的水域，婦女們在竹筏上種植海藻?？茖W(xué)家們稱(chēng)海藻是一種神奇的作物，吸收的二氧化碳比樹(shù)木還多。
由于大氣中的二氧化碳濃度持續增加，世界各地的研究團隊多年來(lái)一直在尋求從空氣中有效清除二氧化碳的方法。但容易被忽視的是，海洋作為世界上最大的二氧化碳“碳匯”，海水中的二氧化碳濃度是空氣中的100倍以上，是天然的“二氧化碳捕捉器”。近年來(lái)，研究發(fā)現直接從海水中清除二氧化碳可能成為緩解全球碳排放的另一種可行方式，甚至有可能在將來(lái)實(shí)現整體凈負排放 。
目前現有的方法是在一疊薄膜上施加電壓，通過(guò)分解水來(lái)酸化原料流。這樣能將海水中的碳酸氫鹽轉化為二氧化碳分子，之后在真空環(huán)境下將之清除。
麻省理工學(xué)院化學(xué)工程系教授哈頓(T. Alan Hatton)表示，昂貴的薄膜和驅動(dòng)電極反應的化學(xué)品，大幅增加了流程的費用和復雜性。目前，雖然已經(jīng)有一些公司嘗試踏足此領(lǐng)域，但通過(guò)空氣和通過(guò)海洋吸收二氧化碳的技術(shù)都尚未被廣泛運用。
由哈頓教授等人組成的研究團隊提出了一個(gè)由無(wú)膜電化學(xué)電池組成的可逆流程，首先酸化水，將溶解的無(wú)機重碳酸鹽轉化為二氧化碳分子，在真空環(huán)境下將之作為氣體收集。然后，水被輸送到第二組具有反向電壓的電池，以恢復質(zhì)子，并將酸性水轉化為堿性，最后將水放回海中，再開(kāi)始循環(huán)這一流程。當一組電極的質(zhì)子被耗盡時(shí)，另一組電極會(huì )在堿化過(guò)程中被再生，這樣兩個(gè)電池的作用就會(huì )定期地進(jìn)行交換。
麻省理工學(xué)院機械工程系的瓦拉納西教授(Kripa Varanasi)稱(chēng)，二氧化碳堆積造成的海洋酸化會(huì )威脅到珊瑚礁和貝類(lèi)的生存。這種清除二氧化碳和向海洋中重新注入堿性水的方法可以從局部地區開(kāi)始，逐漸開(kāi)始扭轉這種情形。同時(shí)，堿性水排放需要通過(guò)分散的出口，或者在離岸較遠的地方進(jìn)行，以避免集中的排放而導致堿度飆升，破壞生態(tài)系統。
不過(guò)與其他碳清除過(guò)程一樣，二氧化碳被從海水中移除后，也需要被進(jìn)一步處理。例如，可以將二氧化碳掩埋在海底，或者將之轉化為乙醇等化合物作為運輸燃料。哈頓教授說(shuō)，“二氧化碳無(wú)法全部被轉化為原料，因此大量從水中吸收二氧化碳都需要被埋在地下。”
該團隊初步的設想是將該流程與海水淡化廠(chǎng)的工作相結合，以減少處理海水的成本，或者在水產(chǎn)養殖場(chǎng)等容易產(chǎn)生酸性水的地方進(jìn)行。瓦拉納西教授補充說(shuō)，該流程也可以由船舶在行駛過(guò)程中完成，以減輕海上交通運輸的碳排放，將船舶變成“海洋凈化器”。
這項研究仍然正在進(jìn)行中，以提高流程的效率。哈頓教授表示，研究團隊已取得重大進(jìn)展，該碳清除流程可以在兩年內進(jìn)行完整展示。
