受生物启发的反应器中的非对称电吸附技术实现了高效的海洋碳去除

《ANGEWANDTE CHEMIE-INTERNATIONAL EDITION》：Asymmetric Electrosorption in a Bio-Inspired Reactor Enables Energy Efficient Ocean Carbon Removal

珊瑚生物矿化启发开发低能耗电容去碳化（CDC）反应器，通过选择性电极与电吸附策略实现34%溶解无机碳（DIC）转化率，能耗仅2.5 kJ/mol CO?，连续运行超100小时无堵塞，结合矿物复碱维持海水pH，预测2050-2100年可移除11-438百万吨CO?。

　　

摘要

海洋碳去除是一种有前景的方法，可用于减少剩余的人为二氧化碳（CO₂）排放。然而，现有的方法受到高能耗和潜在生态风险的限制。受珊瑚自然钙化过程的启发，我们提出了一种基于生物原理的电容式脱碳（CDC）反应器，该反应器仅使用海水中的Ca²⁺和可再生能源电力，将海水中的溶解无机碳（DIC）以CaCO₃的形式固定下来。CDC系统结合了一个对Ca²⁺具有选择性的电极和弱电场，以调节离子传输并破坏Ca²⁺的水合层，从而增强其与CO₃^2?的反应。为了解决海水中CO₃^2?浓度相对于Ca²⁺较低的问题，我们采用了一种不对称电吸附策略，在电极界面优先富集CO₃^2?，使得CDC反应器的DIC转化率达到了34%，其内在电化学能量输入仅为2.5 kJ mol^?1 CO₂。该反应器能够稳定连续运行超过100小时且不会发生污染，这得益于CaCO₃沉淀的空间解耦机制。为了缓解海水碱度的降低，我们引入了一个矿物辅助的再碱化步骤，有效恢复了pH值并支持了持续的CO₂吸收。全球综合分析模型显示，到2050-2100年，CDC技术有望去除多达1100万至4.38亿吨的CO₂。这项工作展示了一种可扩展且低能耗的持久性海洋碳去除解决方案。

图形摘要

这种受珊瑚启发的电容式脱碳（CDC）反应器通过将选择性电极与不对称电吸附策略相结合，实现了直接的海洋碳去除。溶解的无机碳被矿化为稳定的CaCO₃，其内在能量输入极低（2.5 kJ mol^?1 CO₂），并且反应器能够连续运行超过100小时而不会发生电极污染。

利益冲突

作者（Z.Z.、K.Z.和Y.Z.）已申请了与本工作相关的专利。