赫尔辛基大学的科学家们推出了一种很有前途的液体吸附剂,该吸附剂能够以低能耗高效地捕获二氧化碳,旨在解决直接空气捕获技术中的成本和可持续性障碍。
赫尔辛基大学的研究人员报告了一种用于直接空气捕集(DAC)二氧化碳的新型液体吸附剂,该吸附剂前景广阔。研究团队表示,这种吸附剂兼具高吸附率、低能耗再生和可重复利用等优点。如果能够大规模应用,这些特性将有助于降低困扰许多DAC方法的成本和能源消耗。
这项由博士后研究员扎赫拉·埃沙吉·戈尔吉(Zahra Eshaghi Gorji)领导的研究,以一种由1,5,7-三氮杂双环[4.3.0]壬-6-烯(TBN)和苯甲醇(TBN-BA)组成的超强碱-醇化合物为核心。作者报告称,1克这种液体吸附剂可以从未经处理的环境空气中吸收约156毫克二氧化碳,并且该化合物“不与氮气、氧气或其他大气气体发生反应”,因此对二氧化碳具有选择性捕获能力。研究团队强调了另一个实际优势:捕获的二氧化碳可以在较低的温度下释放。正如《The Register》指出的那样,该化合物“只需在70°C(158°F)的空气中暴露30分钟即可释放二氧化碳”,其再生温度远低于某些需要极高温度的吸附剂。
赫尔辛基大学对该研究的描述与上述性能声明相呼应,强调了可回收性和二氧化碳回收的清洁性。研究人员告诉《The Register》杂志,在第一个捕获-释放循环后,“吸收容量下降了约25%,因此我们估计约有75%的二氧化碳被回收”,并且“然而,在第二个循环后,几乎所有的二氧化碳都被去除”。重复使用测试表明,该材料在50次循环后仍保留了约75%的吸收容量,在100次循环后则保留了约50%,这表明其具有一定的耐久性,但也存在明显的性能衰减,必须加以解决才能实现长期的商业应用。
赫尔辛基大学的研究团队明确指出,目前的研究仍处于实验室规模,要将其转化为工业应用,还需要进一步的研发。据《The Register》报道,该团队正致力于将液态吸附剂转化为固态形式,方法是将其负载到二氧化硅和氧化石墨烯等载体上,因为金刚石压砧(DAC)系统通常更倾向于使用固态吸附剂,以便于操作和工艺集成。该大学的SuperBase Solutions项目已在着手研发可扩展、经济高效的超碱性化合物生产方法,旨在加速工业应用的生产、质量控制和法规遵从。
独立研究和技术文献强调了赫尔辛基方案旨在解决的潜力和实际挑战。美国能源部一份关于低温再生吸附剂的技术报告探讨了使用催化胺体系和离子液体来改善吸收/解吸动力学并降低能耗,并提出了概念性工艺设计和初步经济分析,表明如果有效扩大规模,催化吸附剂可以降低直接空气捕获(DAC)的成本。橡树岭国家实验室探索了一种替代途径,即在低于环境温度下使用沸石13X和CALF-20等物理吸附剂进行近低温DAC,发现低温操作和合适的吸附剂相结合可以显著降低平准化成本。已发表的关于沸石的研究也表明,低温应用可以使廉价的物理吸附剂在寒冷干燥的条件下与环境二氧化碳去除剂竞争。其他研究则探索了混合路线,例如将吸收剂与电化学再生相结合,在室温下释放 CO₂,从而避免了耗热的解吸过程。
这些更广泛的研究凸显了直接空气吸附(DAC)技术开发中一个常见的权衡取舍:在常温常压下能牢固吸附二氧化碳的化学吸附剂通常需要高能耗或复杂的工艺才能释放气体,而物理吸附剂虽然更容易再生,但可能需要低温或更大的设备占地面积。赫尔辛基TBN-BA化合物力求找到一条折衷之路,即一种解吸温度相对较低的化学吸附剂,但其循环寿命的下降以及目前需要将液态配方转化为可用的固体吸附剂,都是该团队必须克服的障碍,才能证明其商业可行性。
赫尔辛基的研究人员及其机构资料也强调了TBN-BA的无毒和低生产成本。SuperBase Solutions项目声称,该团队在超强碱化合物的工业化生产方面取得了进展,包括致力于构建自动化原型系统。鉴于任何对气候减缓做出实质性贡献都需要大量的材料,如果TBN-BA基固体吸附剂要大规模部署,这些制造方面的进步将至关重要。
时间和资源限制可能会影响项目进展。《注册报》报道称,Eshaghi Gorji 正在休产假,假期将持续到 2026 年 10 月,该项目的试点测试将视团队能力而定。研究人员承认,“开发商业产品需要大量的时间、资金和精力”,因此拒绝提供确切的时间表。
行业和政策背景凸显了问题的紧迫性:《注册报告》指出,化石燃料二氧化碳排放量在2025年将达到历史新高,这一趋势的部分原因是数据中心和其他高耗能用户不断增长的电力需求。在此背景下,低成本、低能耗的二氧化碳捕集材料备受关注,即使吸附剂再生所需能耗的适度降低或循环寿命的延长,也能显著影响捕集的平准化成本和直接空气捕获(DAC)设施的全生命周期排放量。
目前,赫尔辛基TBN-BA的研究成果是一项实验室规模的进展,为直接空气捕获(DAC)化学体系增添了一种潜在的实用选择。据赫尔辛基大学称,下一步是将其转化为固体吸附剂,并在中试规模的DAC装置中进行性能测试。这些验证能否弥补剩余的不足,例如在多次捕获-释放循环下的耐久性、固体吸附剂的实际集成以及规模化应用的经济性,将决定该化合物能否从具有科学前景的候选化合物转化为用于气候减缓的工业工具。




