MIT研發新型電化學碳捕捉系統 效率翻倍、大幅降低能耗

MIT突破性碳捕捉技術：以電力取代熱能

麻省理工學院（MIT）研究人員開發出一種全新的電化學碳捕捉方法，有望使二氧化碳捕捉變得更加節能且易於規模化，為目前廣泛使用但成本高昂、耗能龐大的傳統胺基系統提供替代方案。

碳捕捉被視為應對氣候變遷的關鍵工具，但現有技術面臨高能耗與規模化困難的雙重挑戰。目前最常見的工業方法——胺洗滌法（amine scrubbing），需要大量熱能輸入才能將CO2從氣體流中分離，儘管各國持續提高減排目標，但該技術仍難以大規模部署。

電化學碳捕捉的全新路徑

為克服上述限制，MIT研究團隊正在探索「電化學介導碳捕捉」（Electrochemically Mediated CO2 Capture，簡稱EMCC）技術，這種方法以電力取代熱能來驅動氣體分離過程。該方法設計上可與再生能源系統整合，有望降低捕捉過程的整體碳足跡。

然而，EMCC系統也面臨自身挑戰。許多系統依賴在高度還原條件下運作的吸附劑，容易引發不必要的氧還原反應。這些副反應會降低效率並導致系統長期性能衰退，限制了實際應用。

創新吸附劑：N-雜環亞胺（NHI）

為突破這一瓶頸，MIT團隊研究了一類名為「N-雜環亞胺」（N-heterocyclic imines，NHIs）的新型吸附劑。研究人員指出，這些分子可以進行化學調控，能夠在不需極端操作條件的情況下，實現更穩定、更高效的電化學CO2分離。

研究團隊表示：「我們的工作首次將NHI轉化應用於EMCC領域，並證明基於NHI的吸附劑可以透過獨特的分離機制進行電化學調控來分離CO2，避免施加高度還原電位的需求。」

研究團隊聚焦於一種雙NHI（bis(NHI)）結構，理論上在運作過程中每個電子可捕捉兩個CO2分子，有望提升系統的電子效率。研究人員還指出，進一步的分子工程可增強CO2結合強度，使系統能在更廣泛的電解質環境中運作。

分子設計的重大轉變

這項研究凸顯了微小的分子變化如何影響大規模碳捕捉的性能表現。透過調整bis(NHI)化合物的結構，研究人員認為有可能同時提升EMCC系統的能源效率和操作靈活性。

研究團隊指出：「我們未來的關鍵研究方向，涉及深入了解bis(NHI)自由基陽離子的穩定性和降解途徑的機制。」

了解這些降解途徑對於提升耐久性至關重要，而耐久性正是電化學碳捕捉技術實際部署的主要障礙之一。

邁向可規模化的碳捕捉

該方法目前仍處於早期階段，但為降低從工業排放或直接從空氣中捕捉CO2所產生的能源代價指出了一條可能的路徑。

儘管傳統捕捉系統仍佔主導地位，MIT的研究顯示電化學替代方案最終可能為碳移除提供更靈活、更適合與再生能源搭配的途徑。目前的關鍵挑戰在於提升材料穩定性，並將化學技術從實驗室條件擴展至更大規模。

研究人員表示，後續工作將專注於優化分子設計，以延長使用壽命並改善循環性能，這兩者都是實際部署的必要條件。

該研究論文已發表於《Nature Energy》期刊。

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