基于质子陷阱的工程化电摆动吸附技术，用于实现大规模且经济高效的直接空气捕集

《Nature Communications》：Proton trap engineered electric swing adsorption for scalable and cost-effective direct air capture

　　

摘要

直接空气捕集技术对于实现碳中和至关重要，但目前的技术在大规模、低成本应用方面存在诸多障碍。基于胺类的电摆动吸附技术为一种具有潜力的低能耗、无需蒸汽的解决方案，但其效率受限于固有的2:1胺与二氧化碳的化学计量比限制。在此，我们通过在吸附剂中设计出由点缺陷介导的质子捕获网络，实现了1:1的胺与二氧化碳化学计量比，从而突破了这一瓶颈。我们所设计的吸附剂在400 ppm的二氧化碳浓度下，每克可吸收6.57毫米摩尔的二氧化碳，这一性能优于现有的最佳吸附剂28.8%。该吸附剂的再生过程仅需3.4 GJ/吨的低能量输入，且二氧化碳释放速度比传统热法快48%。N5-dGA在相对湿度在0-80%变化范围内以及气体流速为1米/秒的情况下仍能保持稳定。技术经济分析表明，若使用可再生能源供电，直接空气捕集技术的运营成本为48-62美元/吨，这一数值比温度摆动吸附法低78%，同时也低于100美元/吨的二氧化碳处理目标。这项工作提出了一种新的吸附剂设计及电摆动吸附工艺，为大规模应用直接空气捕集技术提供了科学可靠且具有经济可行性的解决方案。