美國能源部對碳清除項目的35億美元投資和世界范圍內的類似舉措正在迅速推進碳捕集技術，但在大規模部署之前仍存在重大障礙。

全世界都感受到了由穩步增長的碳排放所造成氣候變化的有害影響。在公司和研究團體努力開發新技術以減少碳排放的同時，一些科學家將目光投向了凈零排放的目標之外，積極減少大氣中的二氧化碳數量，以實現超越零的未來。

這項技術被稱為碳捕集，即二氧化碳的去除和隨后的儲存或轉化。這是一個新興的行業，也被稱為直接空氣除碳、碳利用、二氧化碳利用或碳技術。

美國能源部在今年5月宣布對直接空氣碳清除項目投資35億美元，以努力鼓勵一個可能有助于控制全球地球變暖排放的行業。

直接空氣除碳項目類似于巨大的真空吸塵器，從空氣中捕捉二氧化碳并將其容納起來。然后，這些項目使用化學品從空氣中去除二氧化碳氣體，并將其儲存在地下巖石中，或將其用于各種材料，如混凝土或化工制品。

大自然在其森林、沼澤和海洋中自行清除大氣中的二氧化碳。但是這個自然過程發生的速度太慢，遠遠跟不上全世界化石燃料的排放。

據悉，美國能源部的35億美元項目由兩黨的基礎設施法共同資助，目的是開發四個直接空氣捕集中心，每個中心每年能夠清除超過100萬噸的二氧化碳。每年去除100萬噸二氧化碳相當于讓20萬輛汽油動力汽車停止上路。

美國的這份努力在其他國家也在發生，這意味著該技術正在迅速發展。然而，根據東京都立大學最近發表的一篇經同行評議的文章，在它能夠被大規模部署之前，仍然存在巨大的障礙。

文章稱，那里的研究人員開發了一種新的碳捕集系統，以 "前所未有的性能 "直接從大氣中清除二氧化碳。在一個 "液-固相分離 "系統中的異佛爾酮二胺（IPDA）被發現能夠以99%的效率去除大氣中含有的低濃度的二氧化碳。文章說，這種化合物可重復使用，只需極少的加熱，其速度至少是現有系統的兩倍。

研究人員說，他們最大的挑戰是實現效率，特別是將大氣中的空氣直接處理到直接空氣除碳（DAC）系統中。文章稱，在這樣的濃度下，二氧化碳與吸附劑的化學反應非常緩慢。還有一個困難是在更可持續的捕集和解吸循環中再次把二氧化碳弄出來，這本身就可能是非常耗能的。

二氧化碳是一種熱穩定的分子，在動力學上也是惰性的，換句話說，需要大量的能量來激活二氧化碳分子，以形成所需產品的構建塊。

目前用于實現這一目標的催化劑的穩定性和耐久性有限。為了在工業上可行，這些催化劑必須穩定數年，而不是像目前的技術那樣幾天或幾周。

DAC技術的高能源需求導致每噸二氧化碳的運行成本約為200至600美元。加州大學河濱分校的研究人員說，DAC的成本需要低于每噸二氧化碳100美元，才具有經濟上的可行性。

另一個挑戰是，由于產量低，目前從碳捕集中獲得的產品價值有限。大多數碳捕集和利用戰略開始于將捕集的二氧化碳與來自水電解的可再生氫結合，制造甲醇和一氧化碳。然而，這種反應的一個特殊挑戰是含有兩個或更多碳原子的更有用的產品的產量低，如乙烯。乙烯被化學工業用作化學品、油漆、包裝和燃料的主要組成部分。成功實施碳捕集和利用以生產高產量的乙烯和其他含有一個以上碳原子的產品將提高工業實施的可能性，并取代目前產生溫室氣體的工藝。

此文由中國復合材料工業協會編譯，文章不用于商業目的，僅供行業人士交流，引用請注明出處。