负排放技术解决气候危机的必要性日益明显。按照我们的星球排放二氧化碳的速度——每年增加约500亿吨——我们将不得不在2050年之前消除10亿吨规模的二氧化碳，以实现“净零”排放。
美国能源部(Department of Energy)已认识到消除二氧化碳的紧迫性，并推出了“碳负射”(carbon Negative Shot)计划，这是“能源地球射击计划”(Energy Earthshots Initiative)的一部分，旨在加快清洁能源的突破。劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)通过自己的碳负倡议认识到这一点。伯克利实验室通过一个名为LDRD(实验室指导研究与发展计划)的项目使用种子资金，为一系列新兴技术提供资金，以从大气中去除和隔离二氧化碳。
受资助的项目包括直接捕捉空气的化学方法和进行技术经济分析，以使这些项目更具影响力和可行性。伯克利实验室的科学家Bryan McCloskey同时也是加州大学伯克利分校化学学院的教授，他决定使用电化学方法来捕获二氧化碳。他说，他的技术比目前使用的系统能耗更低。
问:什么是电化学，如何用它来捕获二氧化碳?
一种非常简单的说法是，电化学涉及产生或消耗电子的反应。最常见的电化学设备包括电池、燃料电池和传感器。事实上，我的主要研究方向是电池。
说到用电化学方法提取CO2这是一个发展中的领域，相比于更成熟的封存二氧化碳的方法，如重新造林、风化和BECCS(碳捕获和储存生物能源)。电化学界正在迎头赶上。但我认为那里有很大的机会。
有人一直在研究如何处理一氧化碳2通过设计可以与CO发生可逆反应的分子来去除空气2这意味着它们可以吸收CO2然后形成CO2在不同的电压下。电化学方法用于CO2捕获可以让整个过程使用可再生电力，而不是依靠燃烧燃料来再生CO2吸附剂的分子。
我们的项目利用CO之间的自发反应2和氢氧根离子来捕获CO2然后使用电化学方法从形成的碳酸氢盐溶液中再生氢氧根离子。
问:你能解释一下这是怎么回事吗?
首先，你要让空气通过吸收器——在我们的例子中，是氢氧化钠溶液。的有限公司2会反应生成碳酸氢钠或碳酸钠。然后我们将碳酸氢盐溶液放入电化学电池中用于氢氧化钠的再生。
在电化学电池中，电池的每个电极上都需要发生两种不同的反应。在一个电极上，我们氧化碳酸氢盐，形成CO的加压流2，然后可以将其隔离或用作其他转换过程的原料。在另一个电极上，我们产生氢气，氢气消耗质子来再生碱性溶液。氢气的产生当然是我们的碱性再生计划的一个好处，因为它是一种高价值的产品，可以用作碳中性燃料。
我们的电化学电池将作为吸收器的闭环运行，尽管也需要水来补充参与电极反应的水。所以我们实际上是在计算CO2并将其浓缩成纯CO2一个氢流。
问:这种制度的优点是什么?
我们相信它可以提高能源效率和CO的成本2从空气中捕获其他竞争过程。直接捕获空气的商业方法使用热方法再生吸收剂。它需要很高的热量，大约800摄氏度。这也是当前系统每吨二氧化碳成本高达600美元的原因之一2捕获(尽管一些公司声称他们的技术成本低于每吨200美元)。
通过粗略的粗略计算，我们估计，如果一切顺利，我们的系统每吨CO的成本在100美元左右2被俘。当然，前提是我们找到了理想的、经济有效的电池材料。
问:那么，让它发挥作用的挑战是什么?你对它能发挥作用有多大信心?
我们在追求三项创新。首先是电化学电池的设计。电池的稳定性必须非常好。在任何电化学系统中，运行性能的缓慢衰减都会发生，所以你想要设计一个强健的系统，它能带来更高的能源效率，它能让你得到尽可能低的成本。
其次是膜。膜将细胞的两个电极彼此隔离。否则，氢和CO就会混合2它们作为纯净的溪流更有价值。这种情况下的原型膜被称为Nafion，它被用于燃料电池和许多其他应用。Nafion具有出色的性能，但它非常昂贵，因此不适合大规模使用。我们需要设计一种性价比更高的薄膜。
第三，我们需要一种合适的催化剂使碳酸氢盐生成CO2的反应。好的催化剂意味着如果在电极表面施加很小的电压，就会有很高的反应速率。
我很有信心，我们将能够使我们提出的碱性再生计划工作。问题始终是，与其他正在开发的技术相比，它是如何工作的?问题是，我们是否能达到每吨100美元的CO2还是接近每吨1000美元，这样就没有竞争力了?所以，这些是我们需要记住的问题。
在伯克利实验室做这个项目给了我们很多优势。我们在所有这些不同领域都有专家，比如膜技术、分子模拟和建模，以及电催化。LiSA(液体阳光联盟)积累了大量的知识。先进光源是一种能够让我们详细了解分子相互作用的能力——这是我们在伯克利实验室与其他任何地方相比拥有的巨大优势。所以，我认为我们处于独特的位置，因为我们在各种不同的领域拥有广泛的专业知识来制造这样一个设备。
来源:https://www.lbl.gov/