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“我要去银行存一张支票，看到他们使用旧的气动管来传输文件，”乔治亚理工学院化学与生物分子工程学院的 Thomas C. DeLoach的教授Ryan Lively说。“在你的职业生涯中，你没有多少次有灵光一现的时刻，但我看到了这些管子，我意识到，我们可以把这些纤维放在类似银行柜员管筒的东西中。我们基本上就是这么做的，而且很有效。”
以气动管为灵感的模块就位后，该团队开始测试他们的系统。他们发现他们可以生产足够纯度的二氧化碳用于地下封存，并消除构建典型 DAC 系统的大量前期成本。他们在 6 月 12 日的Joule杂志上描述了他们的设计和方法。
受银行管启发的罐中的吸附剂涂层碳纤维。
图片来源：乔治亚理工学院
“这项工作不仅概念化了新一代 DAC 系统，而且在一定程度上展示了我们发明的实际操作，”该论文的第一作者、Lively 实验室的前博士后 Won Hee Lee 说。“我们已经使用我们的实验室规模模块成功捕获了环境中的二氧化碳。现在重要的是扩大模块的规模。由于我们系统的所有组件都是市售的，而且制造相对容易，因此大规模制造模块应该没有什么技术障碍。”
至少在理论上，该团队已经做到了扩大规模，使用他们的实验数据来预测实际系统的经济效益。他们发现该系统可以以每吨 150 到 200 美元的价格捕获二氧化碳，大大低于在建的商业系统，后者估计以每吨 300 到 600 美元的价格捕获碳。
更简单的方法
该研究的共同作者包括 ChBE 的研究人员，他们将乔治亚理工学院定位为直接空气捕获技术的领导者。Christopher Jones教授和Matthew Realff教授与 Lively 合作研究从分子到系统级别的DAC 的各个方面。这项工作提出了两个关键进展。
DAC 系统利用热量从饱和过滤材料中释放二氧化碳。二氧化碳被收集起来，然后可以泵入地下或者可能用于制造燃料或化学品。通常，系统使用外部热源。蒸汽是一种受欢迎的选择，因为它快速而强大，但它也具有破坏性并且需要额外的冷凝步骤。这些系统还需要隔热材料以防止所有热量散失，因此它们体积庞大且价格昂贵。
Lively 和团队创造了独特的碳纤维束，上面涂有亲碳吸附剂。碳纤维芯由内向外加热，从而实现快速均匀的热量分布。
Ryan Lively、Won Hee Lee（电脑屏幕中）、Christopher Jones 和 Matthew Realff 开发了基于光纤的 DAC 系统。
图片来源：乔治亚理工学院
“纤维非常均匀。当你将所有这些连接到电气系统时，你会非常均匀地分配能量，这对于电阻加热系统来说是不寻常的，”Lively 说。“我们并不是第一个想到电阻加热来再生碳捕获装置的人。但通常情况下，加热不是很慢就是不均匀。有些地方你在加热空气，而不是你试图加热的东西。”
热成像设备显示碳纤维中的热量分布。
图片来源：乔治亚理工学院
研究人员的系统总体上使用的组件更少。该设计部署了一系列受银行管启发的模块，这些模块带有圆形的碳纤维束，无论风向如何，都可以捕获二氧化碳。该系统使用单个真空泵，在再生阶段从一个模块旋转到另一个模块。并且不需要蒸汽发生器、泵和冷凝器来释放二氧化碳和“补充”股线。这两项变化都意味着该系统总体上更简单，并且前期构建和部署成本更低。
“由于缺乏蒸汽产生等辅助系统，该系统的投资成本明显低于目前许多DAC系统。”Realff 说。“能源成本仍然是一个挑战，我们需要增加我们可以在设备中吸附的二氧化碳量，这样纤维的显热不会消耗太多的总热量。”
但 Realff 表示，该系统的快速加热和快速循环为更高效的直接空气捕获方法带来了巨大希望：“事实上，我们可以生产一个工作原型并在几个月内在实验规模上进行演示，这是该技术的一个显着特点。”
一位艺术家的渲染图展示了风电场中 DAC 系统的安装。
图片来源：Nicolle Fuller
理想情况下，该团队的 DAC 系统可以与风力发电场一起使用来自风力涡轮机的可再生能源。但即使使用当前电网的电力，Reallf 的分析表明该团队的设计仍会从大气中去除足够多的二氧化碳以实现负碳排放。
该团队方法的另一个优势是碳纤维束。该材料具有合适的机械和电气性能，而且很容易获得，可以持续大批量生产，而且价格也不贵。
现在，该团队正在寻求提高他们可以生产的二氧化碳的质量。他们已经达到 80% 的纯度——足以用于地下储存，但他们希望达到 99% 的纯度以进行生产再利用，例如制造化学品或燃料。他们正在与佐治亚理工学院合作，以实现这一目标来改进和自动化他们的系统，并且他们正在努力在校园建筑的顶部安装一个测试系统。
“我在 DAC 领域工作了十多年，几乎我见过的所有设计都主要依靠热能进行解吸，”同时也是 ChBE 的 John F. Brock III 学校主席的Jones说。“一种允许快速、局部供暖和使用可再生电力的技术扩展了 DAC 技术开发商的设计选择范围。”
