基于湿度驱动的直接空气捕集系统设计与实现
软凝聚态物质
2025-08-05 v1 材料科学
其他凝聚态物理
摘要
设计并实现了湿度驱动的空气捕集（DAC）系统。在流动层板中演示了规模为实验室级的系统，日产 CO2 约 1 克；在小型试点级系统中，该系统在 4.2 平方米（面积）的水上池塘中运行，日产 CO2 约 100 克。设计用于接触空气的细长网管包，内含高比表面积的 AER 颗粒，发现相较于较大网袋，减少干燥和 CO2 负载时间约 4 倍。该系统设计用于培育光合微生物的 CO2 输送，其潜在用途更广泛，包括食品和饮料行业的 CO2 用途、转化为燃料和化学品，以及封存。基于当前结果的经济学评估显示，捕集 CO2 至碱性溶液成本为每吨 670 美元，提取 CO2、提纯并压缩至 15 MPa 用于封存的额外成本为每吨 280 美元。针对开发具备 4 毫mol CO2/克 sorbent 容量和 50 wt.% 水吸附能力的 AER sorbent 的合理改进进行的乐观情景模型，显示潜在可将捕集 CO2 至碱性溶液的成本降至每吨 51 美元，提取至 15 MPa 用于封存的额外成本为每吨 109 美元。生命周期分析表明，乐观情景下的湿度驱动工艺使用能源比热/真空式 DAC 少至 87%，其能源来自水蒸发；然而，约 330 wt.% 的水吸附被包含在水亲性网管中的 sorbent 导致水用量比热力学极限高出约 33 倍，这强调了未来研究有必要在保持并进一步提高所需结合 CO2 的离子交换容量的同时，提高 sorbent 疏水性。
引用
@article{arxiv.2508.02650,
title = {Design and demonstration of a direct air capture system with moisture-driven CO2 delivery into aqueous medium},
author = {Justin Flory and Samantha Taylor and Shuqin Li and Sunil Tiwari and Garrett Cole and Amory Lowe and Lindsey Hamblin and Samuel Piorkowski and Matthew Ryan and Thiago Stangherlin Barbosa and Jason Kmon and Nick Lowery and Joel Eliston and Jason C. Quinn and John McGowen and Matthew D. Green and Klaus Lackner and Wim Vermaas},
journal= {arXiv preprint arXiv:2508.02650},
year = {2025}
}
备注
14 pages, 11 figures. To be submitted to Energy & Environmental Science