乔治亚理工学院的研究人员一直致力于简化传统的直接空气捕获(DAC)系统。他们的方法是利用周围的气流吸引空气通过一种新型涂层碳纤维来吸收二氧化碳₂。这将消除许多系统中使用的大声风扇。而且，碳纤维束可以快速加热，以最小的热量损失释放捕获的二氧化碳，从而提高效率。

但他们一直在为如何使用这些新型的吸收剂涂层碳纤维以达到最大效果而苦苦挣扎。

“我要去银行存一张支票，然后我去了汽车餐厅。佐治亚理工学院化学与生物分子工程学院(ChBE)托马斯·c·迪洛奇教授赖安·莱弗利说:“他们有旧的气动管道来运输文件。”“在你的职业生涯中，没有多少次你有一个灵光一现的时刻，但我看到了这些管子，我意识到，我们可以把纤维放在像银行柜员管罐一样的东西里。

“我们基本上就是这么做的，而且很有效。”

随着气动管式模块就位，该团队开始测试他们的系统。他们发现，他们可以生产出纯度足够的二氧化碳，用于地下封存，并消除了建造典型DAC系统的大量前期成本。他们在6月21日出版的《科学》杂志上描述了他们的设计和方法焦耳。

该论文的第一作者、莱弗利实验室的前博士后李元熙(音译)表示:“这项工作不仅将新一代DAC系统概念化，而且在一定程度上展示了我们发明的实际操作。”“我们已经成功捕获了环境中的二氧化碳₂用我们实验室规模的模块。现在重要的是扩大模块的规模。由于我们系统的所有组件都是市售的，制造相对容易，因此大规模生产该模块应该没有什么技术障碍。”

至少在理论上，该团队已经做到了扩大规模，利用他们的实验数据来预测实际系统的经济效益。他们发现这个系统可以捕获一氧化碳₂每吨150美元到200美元——远远低于正在建设的商业系统，估计每吨300美元到600美元的碳捕获成本。

更简单的方法

该研究的共同作者包括ChBE的研究人员，他们将佐治亚理工学院定位为直接空气捕获技术的领导者。Christopher Jones和Matthew Realff教授与Lively一起研究DAC的全谱，从分子级到系统级。

这项工作提出了两个关键的进展。

DAC系统利用热量释放CO₂从饱和过滤材料。二氧化碳被收集起来，然后可以抽到地下，或者用来制造燃料或化学品。通常，系统使用外部热源。蒸汽是一种受欢迎的选择，因为它快速而强大，但它也具有破坏性，需要额外的冷凝步骤。这些系统还需要绝缘来防止所有的热量逸出，所以它们体积庞大，价格昂贵。

莱弗利和他的团队创造了一种独特的碳纤维线，上面涂有一种亲碳吸附剂。碳纤维芯由内向外加热，从而实现快速均匀的热量分配。

“纤维非常非常均匀。当你把所有这些连接到电力系统时，你会非常均匀地分配能量，这对于电阻加热系统来说是不寻常的，”莱弗利说。“我们并不是第一个想到用电阻加热来再生碳捕获装置的人。但通常情况下，加热不是缓慢就是不均匀。有些地方你加热的是空气，而不是你想加热的东西。”

研究人员的系统总体上使用了更少的组件。该设计采用了一系列以银行管为灵感的模块，这些模块采用了圆形的碳纤维束来捕获CO₂不管风往哪个方向吹。该系统使用一个真空泵，在再生阶段从一个模块旋转到另一个模块。也不需要蒸汽发生器、泵和冷凝器来释放二氧化碳₂并“补充”头发。这两个变化都意味着系统整体上更简单，前期构建和部署成本更低。

Realff表示:“由于缺乏蒸汽产生等辅助系统，该系统的投资成本明显低于目前许多DAC系统。“能源成本仍然是一个挑战，我们需要增加CO的数量₂我们可以在设备中进行吸附，这样纤维的显热就不会消耗太多的总热量。”

但Realff表示，该系统的快速加热和快速循环为一种更有效的直接空气捕获方法带来了巨大的希望:“事实上，我们可以生产出一个工作原型，并在几个月内在实验规模上进行演示，这是该技术的一个显著特点。”

理想情况下，该团队的DAC系统可以与风力发电场一起使用来自风力涡轮机的可再生能源。但是，即使使用现有电网的电力，realf的分析表明，该团队的设计仍然可以去除足够的CO₂从大气中释放出负碳。

该团队方法的另一个优势是碳纤维链。这种材料具有合适的机械和电气性能，而且很容易获得，可以持续大量生产，而且价格也不会太高。

现在，该团队正在寻求提高他们所能生产的二氧化碳的质量。他们已经达到了80%的纯度，足以用于地下储存，但他们还想达到99%的纯度，以用于生产化学品或燃料等生产性再利用。他们正与佐治亚理工学院研究所合作，改进和自动化他们的系统，以实现这一目标，他们正在努力在校园建筑的顶部安装一个测试系统。

“我在DAC领域工作了十多年，我见过的几乎所有设计都主要依靠热能来解吸，”琼斯说，他也是ChBE的约翰·f·布洛克三世学校主席。“一项既可以快速、局部加热又可以使用可再生电力的技术，扩大了DAC技术开发商的设计选择范围。”

本研究由美国能源部能源高级研究计划局资助，资助号:DE-AR0001414。本材料中表达的任何观点、发现、结论或建议均为作者的观点，并不一定反映任何资助机构的观点。