通过可编程场工程实现自我偏置的电矿物化，以高效去除海洋中的碳

时间：2026年2月19日

来源：Angewandte Chemie

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海洋碳移除新方法通过自偏电化学矿化实现，利用多孔核壳电极调控界面电场，驱动Ca²⁺/CO₃²⁻定向传输与孔内结晶，无需膜堆或大pH波动，能耗44kJ/molCO₂，成本139美元/吨CO₂，并扩展至其他难溶盐沉淀及资源回收。

摘要

在千兆吨级的碳去除过程中，需要实现地质上的永久性处理，同时降低对土地、水资源和能源的消耗。海洋途径具有很大潜力，但许多电化学方法需要较大的pH值变化、膜或吸附剂，并且容易发生污染。我们提出了一种基于自偏置电矿化的实用方法来实现海洋碳去除。多孔核壳电极能够调控界面电场，引导Ca²⁺/CO₃²⁻的传输，并在模拟海水中触发孔内结晶，无需使用膜堆或大幅改变溶液的pH值。通过调整核壳比例、聚合物化学性质和固定电荷密度，可以调节电场强度，从而使该系统能够长时间稳定运行（>2000小时），并在流动条件下实现约25%的二氧化碳转化率。一个400平方厘米的电池和一个简单的100升搅拌反应器证明，这种微观均匀的电场能够在几何尺寸扩大时保持性能，并实现低成本的产能扩展。技术经济分析显示，该方法的能源消耗为44千焦每摩尔二氧化碳（44 kJ mol⁻¹ CO₂），成本为每吨二氧化碳139美元（139 $ t⁻¹ CO₂）。除了CaCO₃外，该方法还能从复杂盐水中沉淀出其他难溶物质（如CaF₂、BaSO₄、PbSO₄），从而建立了一个同时支持资源回收的平台。这些成果将海洋碳去除技术从传统的溶液处理方式转变为可编程的反应环境设计，为实现可扩展且具有成本效益的气候相关碳去除方法奠定了基础。