碳捕集技术大突破！“电除碳”获得马斯克基金100万美元奖励

撰文 | 张书铭

编辑 | 郭郭

→这是《环球零碳》的第162篇原创

环球零碳

碳中和领域的《新青年》

摘要：Verdox设计了一个电动系统，使其更容易吸收二氧化碳并将其挤压出来。这种截然不同的方法使我们能够更有效地捕捉和释放二氧化碳，只需使用电力，而不需要热量或水。这一创新为工业和空气捕集提供了一个范式的变化，而且在商业实践方面取得了长足的进步。

4月22日，是世界地球日。这一天，在火热的碳捕集行业内，发生了一件大事。

当日，XPRIZE基金会公布了“碳去除竞赛”（Carbon removal competition）里程碑奖获奖名单。15支来自澳大利亚、加拿大、法国、冰岛、肯尼亚、荷兰、菲律宾、英国和美国的队伍，平分1500万美金的里程碑奖，每个团队获得100万美元。这些队伍分别从空气、土地、海洋和岩石四方面提供碳去除方案。

XPRIZE基金会自1995年创立，是美国加州一家以竞赛的方式推动技术发展造福人类的非盈利组织。

2021年的时候，该基金会获得特斯拉创始人马斯克赞助的1亿美金奖金，建立了XPRIZE碳清除竞赛。这个竞赛的发起旨在鼓励碳清除创新者致力于解决人类面临的最大威胁：应对气候变化和重新平衡地球的碳循环。

马斯克当时表示：“我们希望参赛团队能够构建可实施的十亿吨级碳去除方案。不惜一切代价！时间就是生命！”

碳去除，是指通过科学方案从大气中吸收二氧化碳，最终达到绿色减碳的目的。为了赢得奖金，参赛团队需要展示现有的每年去除1000吨二氧化碳的技术方案，同时要以100万吨的规模建模进行成本估算，展现未来如何实现每年10亿吨二氧化碳去除的长远目标。

其中，有一支团队组合队伍与众不同。那就是“电除碳”公司Verdox和“碳矿化”公司Carbfix组合的Verdox & Carbfix团队，依靠“矿物质与流体吸收二氧化碳”与“电除碳”技术，Verdox & Carbfix在里程碑奖中获得了两项里程碑奖。

其中冰岛的Carbfix公司，以二氧化碳矿化储存技术知名，此前《环球零碳》有过介绍，感兴趣的朋友可以点击《把二氧化碳变成石头，矿化碳封存是CCS的未来吗》阅读。

今天我们主要介绍一下Verdox公司。这家公司位于美国马萨诸塞州，今年2月，公司从投资者那里筹集了8000万美元，其中包括比尔-盖茨领导的突破能源风险投资公司。

这家公司成立于2019年有，为何在这么短时间内就崭露头角？它跟传统的碳捕集技术有何不同？技术到底强在哪？

01

传统二氧化碳捕集技术的困境

碳去除，即二氧化碳捕集技术的原理是将二氧化碳从空气或工厂烟囱的废气中分离出来。

主流技术有两种。第一种是使用液体溶剂，像磁铁吸引铁屑一样吸引CO₂。一旦液体捕捉到气体，它就会被加热到一定的温度，使二氧化碳被释放出来。然后，二氧化碳可以被压缩并注入地下深处进行永久储存。所有这些步骤都需要大量的能源。尽管经过几十年的努力，这种传统方法的成本仍然太高，无法扩大规模。

第二种是找到一种 "吸附剂"，它可以在气流中吸附二氧化碳，然后将其释放出来。这种吸附剂可以重复使用，释放的二氧化碳可以被利用或被送到封存地点进行长期封存。

目前的研究主要集中在以小颗粒形式存在的吸附剂材料上，其表面含有捕捉二氧化碳的 "活性点"--这一过程称为吸附。当系统温度降低（或压力增加）时，二氧化碳会粘附在颗粒表面。当温度升高（或压力降低）时，二氧化碳被释放。但是实现这些温度或压力也需要相当大的能量，部分原因是它需要处理整个混合物，而不仅仅是含有二氧化碳的吸附剂。

传统的碳捕集系统，其功能就像CO₂的海绵。当CO₂接触到捕集材料时，它被吸收并困在结构内。然后在释放过程中，通过施加大量的热量将二氧化碳挤出来，从而打破二氧化碳和捕获材料之间的结合。这个过程需要消耗大量的能量，因此很难扩大规模。

Verdox公司创造了一种不同的方法，该公司声称更有效、更便宜。

02

电除碳技术的由来

Verdox的核心技术是由T. Alan Hatton教授和Sahag Voskian博士在麻省理工学院（MIT）开发的。Hatton教授现担任公司科学顾问委员会成员，Voskian博士是公司的首席技术官。他们通过结合电化学的效率和有机化学的可调性，重新思考了碳的去除。

图说：T. Alan Hatton教授和Sahag Voskian博士在麻省理工学院

来源：MIT NEWS

技术的重点是使用了一类特殊的分子，称为醌类。当醌类分子被迫接受额外的电子时--这意味着它们带负电--它们对二氧化碳分子有很高的化学亲和力，并能抓住任何通过的分子。当额外的电子从醌分子中被移除时，醌对二氧化碳的化学亲和力立即消失，分子释放出捕获的二氧化碳。

此前，有人已经研究了醌和电解质在各种电化学装置中的应用。在大多数情况下，这些设备涉及两个电极--一个负极，其中溶解的醌被激活以捕获二氧化碳，另一个正极，它被停用以释放二氧化碳。但是将溶液从一个电极移动到另一个电极需要复杂的流动和泵送系统，这些系统很大，占用了相当大的空间，限制了这些设备的使用。

作为替代方案，Hatton和Voskian决定将醌用作固体电极，并通过应用Hatton所说的 "微小的电压变化"，改变电极本身的电荷来激活和停用醌。在这样的设置中，不需要将液体抽来抽去，也不需要提高和降低温度或压力，而且二氧化碳最终会成为固体醌电极上易于分离的附件。他们认为他们的概念是 “电摇吸附”。

这种独特的搭配允许有针对性地使用电能来捕获和释放任何浓度的二氧化碳，并具有无可比拟的选择性。重要的是，这种方法消除了对当前二氧化碳去除解决方案所依赖的大量热量和水的需求。该技术突破首次发表于2019年的顶刊《Energy & Environmental Science》，论文名称是《法拉第电摆反应式吸附法用于捕获二氧化碳》。

来源：https://doi.org/10.1039/C9EE02412C

03

只需使用电力，不需要使用热量和水

基于实验室多年的探索，Verdox设计了一个电动系统，使其更容易吸收二氧化碳并将其挤压出来。Verdox的捕获装置的设计允许气体以较小的阻力流过，使浸泡过程更加有效。没有用热来挤出二氧化碳，而是只对捕获材料施加特定的电压来释放二氧化碳。这种截然不同的方法使我们能够更有效地捕捉和释放二氧化碳，只需使用电力，而不需要热量或水。

气体从一侧进入每个烟囱，并通过构成烟囱的电极，其中的二氧化碳被吸收。剩余的气体则简单地通过烟囱并从另一侧排出。一旦烟囱中的CO₂达到饱和，进入的气体就会停止，纯CO₂就会从另一侧流出烟囱。以交替循环的方式平行安装烟囱，可以使进入的混合气体和流出的纯CO₂持续流动。

装置是由堆叠的电极组成的，这些电极被组装成阵列。为了捕获更多的二氧化碳，可以增加更多的电极堆。这种模块化的方法使该技术具有高度的可扩展性，并消除了为更大的应用重新设计系统的需要。

来源：Verdox官网

04

未来的发展

Verdox首席执行官Brian Baynes博士在获奖后表示：“我们很高兴与Carbfix的合作，并一起获得这一竞争性奖项。我们相信碳清除将对人类的可持续发展至关重要，但如果不能大幅降低所需的能源和成本，它将永远不会被大规模部署。我们在两年前推出了Verdox，我们的新型电化学碳捕集系统已被证明可以将捕集的能量损失减少70%。XPRIZE奖项对Verdox和Carbfix的综合潜力的认可，是另一个信号，即碳清除的未来将是电气化的。”

来自突破能源风险投资公司BEV的Carmichael Roberts说：“Verdox技术的高能效和可扩展性可以使该公司在解决碳清除挑战方面发挥重要作用。这一创新为工业和空气捕集提供了一个范式的变化。Verdox团队在将这一概念简化为经济的商业实践方面取得了长足的进步。”

Verdox现在正在与其他碳捕集初创公司竞争，这些公司十多年前就开始开发其技术。根据Crunchbase的数据，其中两家公司--加拿大的Carbon Engineering Ltd.和瑞士的Climeworks AG--已经分别筹集了超过1亿美元的资金，并制定了扩大技术规模以每年捕获数百万吨的计划。

Verdox需要几年时间才能每年捕获数百万吨二氧化碳，但其最终目标是以每吨50美元或更低的价格捕获二氧化碳。这将是一个有吸引力的价格，因为欧盟排放交易系统中的碳许可证今年的交易价格在每吨80欧元（90美元）左右。但考虑到Climeworks目前以每吨1200美元的价格出售碳抵消，这是一个非常有吸引力的市场。

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参考资料：

[1]https://www.businesswire.com/news/home/20220422005027/en/Verdox-Wins-1M-XPRIZE-Carbon-Removal-Award-Together-with-Partner-Carbfix

[2]https://www.bloomberg.com/news/articles/2022-02-02/new-tech-could-cut-carbon-capture-energy-use-by-70

[3]https://news.mit.edu/2020/new-approach-to-carbon-capture-0709

[4]https://doi.org/10.1039/C9EE02412C

[5]36氪：马斯克赞助的减碳大赛公布获奖队伍，两只中国团队入选60强

END

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