隨著二氧化碳在地球大氣層中的不斷積累，世界各地的研究團隊多年來一直在尋求從空氣中有效清除該氣體的方法。與此同時，世界上最大的大氣二氧化碳”匯”是海洋，它吸收了人類活動產生的所有氣體中的大約30%至40%。

最近，直接從海水中清除二氧化碳的可能性已經成為緩解二氧化碳排放的另一種有希望的可能性，這種可能性甚至有可能在某一天導致整體淨負排放。但是，像空氣捕捉系統一樣，這個想法還沒有導致任何廣泛的使用，儘管有一些公司試圖進入這個領域。

現在，麻省理工學院的一個研究小組說，他們可能已經找到了一個真正高效和廉價的清除機制的關鍵。最近，麻省理工學院教授T. Alan Hatton和Kripa Varanasi，博士後Seoni Kim，以及研究生Michael Nitzsche、Simon Rufer和Jack Lake在《能源與環境科學》雜誌上報告了這一發現。

現有的從海水中去除二氧化碳的方法是在一堆膜上施加電壓，通過水的分裂來酸化原料流。這將水中的碳酸氫鹽轉化為二氧化碳分子，然後可以在真空下將其去除。哈頓是拉爾夫-蘭道化學工程教授，他指出，膜是昂貴的，而且需要化學品來驅動堆棧兩端的整體電極反應，進一步增加了費用和過程的複雜性。他說：”我們想避免向陽極和陰極半電池引入化學品的需要，並儘可能避免使用膜。”

從海洋脫鹽廠去除二氧化碳

最初，該系統可以使用現有的或計劃中的已經處理海水的基礎設施，如海水淡化廠，但該系統是可擴展的。這個效果圖顯示了新方法也可以被船舶和海上平台所使用。

該團隊想出了一個由無膜電化學電池組成的可逆過程。反應電極被用來向送入細胞的海水釋放質子，推動水中溶解的二氧化碳的釋放。該過程是循環的。它首先酸化水，將溶解的無機重碳酸鹽轉化為分子二氧化碳，在真空下作為氣體收集。然後，水被送入第二組具有反向電壓的電池，以恢復質子並將酸性水轉為鹼性，然後再將其釋放回海中。一旦一組電極的質子被耗盡（在酸化過程中），另一組電極在鹼化過程中被再生，這兩個電池的作用就會定期地被顛倒過來。

機械工程系教授瓦拉納西說，這種去除二氧化碳和重新註入鹼性水的方法可以慢慢開始扭轉，至少在局部地區，由二氧化碳堆積造成的海洋酸化，反過來又威脅到了珊瑚礁和貝類。他們說，鹼性水的再注入可以通過分散的出口或離岸較遠的地方進行，以避免局部的鹼度飆升而破壞生態系統。

Varanasi說：”我們將無法處理整個地球的排放物。但在某些情況下，可能會在養魚場等地方進行再注入，這些地方往往會使水酸化，所以這可能是一種幫助抵消這種影響的方式。”

一旦二氧化碳從水中被移除，它仍然需要被處理掉，就像其他碳清除過程一樣。例如，它可以被埋在海底深處的地質構造中，或者可以通過化學方法轉化為像乙醇這樣的化合物，可以用作運輸燃料，或者轉化為其他特種化學品。”你當然可以考慮將捕獲的二氧化碳作為化學品或材料生產的原料，但你不可能將其全部作為原料，”Hatton說。”你會為你生產的所有產品耗盡市場，所以無論如何，大量捕獲的二氧化碳將需要被埋在地下。”

“至少在最初，我們的想法是將這種系統與現有的或計劃中的已經處理海水的基礎設施結合起來，如海水淡化廠。”Varanasi說：”這個系統是可擴展的，因此我們可以把它潛在地整合到已經在處理海水或與海水接觸的現有過程中。在那裡，二氧化碳的去除可以成為現有工藝的一個簡單附加物，這些工藝已經將大量的水送回大海，而且它將不需要像化學添加劑或膜這樣的消耗品。有了海水淡化廠，你已經在泵送所有的水，所以為什麼不在那里共建？與你移動水的方式有關的一堆資本成本，以及許可，所有這些都可以已經被處理了。”

該系統也可以由船舶實施，在行駛過程中處理水，以幫助減輕船舶交通對整體排放的重大貢獻。目前已經有了降低航運排放的國際規定，這可以幫助航運公司抵消一些排放，並將船舶變成海洋洗滌器。

該系統也可以在海上鑽井平台或水產養殖場等地方實施。最終，它可能導致在全球範圍內部署獨立的碳清除工廠。

這個過程可能比空氣捕集系統更有效，因為海水中的二氧化碳濃度是空氣中的100倍以上。在直接空氣捕集系統中，首先需要捕集和濃縮氣體，然後再回收它。然而，海洋是大型的碳匯，所以捕獲步驟已經完成了。”沒有捕獲步驟，只有釋放”。這意味著需要處理的材料量要小得多，可能會簡化整個過程，並減少對足蹟的要求。

研究正在繼續，其中一個目標是找到一個替代目前需要真空來從水中去除分離的二氧化碳的步驟。另一個需求是確定操作策略，以防止礦物質的沉澱，這些礦物質會弄髒鹼化池的電極，這是一個固有的問題，會降低所有報告的方法的整體效率。研究團隊在這些問題上已經取得了重大進展，但現在報告這些問題仍為時過早。預計該系統可以在大約兩年內準備好用於實際示範項目。

“二氧化碳問題是我們生活、我們生存的決定性問題，”Varanasi說。”所以很明顯，我們需要我們能得到的所有幫助。”