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摘 要：早稻田大学理工学术院的关根泰教授领导的研究小组从理论上阐明，通过向结构可控的固体氧化物材料从外部施加电位，用一个开关即可选择性地吸附和解吸二氧化碳。为实现2050年碳中和目标，温室气体排放问题的解决迫在眉睫。二氧化碳是温室气体当中体量最大的一种气体，其选择性回收技术需要消耗大量能源。本研究成果表明，不同于传统的采用液体的二氧化碳回收技术，干式、小型、可按需驱动的二氧化碳回收浓缩工艺是可以实现的。如能够按需高效地回收并浓缩二氧化碳，将成为一项助力实现碳中和的全新技术。
关键字：二氧化碳回收浓缩工艺、稀土氧化物材料、二氧化碳按需回收装置、外部施加电位、碳中和
在2050年达成碳中和的背景下，二氧化碳的选择性回收技术存在耗能过大的问题。
本研究通过理论阐明，通过对结构可控的固体氧化物材料从外部施加电位，用一个开关即可选择性地吸附和解吸二氧化碳。
不同于传统的液体方法，本技术或可实现干式、小型、能够按需驱动的二氧化碳回收浓缩工艺。
关于二氧化碳的捕集，研究人员早已提出了物理或化学吸附方法，即将二氧化碳吹入具有回收能力的液体从而吸收二氧化碳。虽然通过这种方法能够较为容易地吸附二氧化碳，但在释放二氧化碳时需要外部加热。以从电厂废气中回收二氧化碳为例，其加热所消耗电力占其所生产电力的10%以上。
在这一背景下，如果能够按需将二氧化碳吸附至固体材料，浓缩后再通过外部控制解吸和释放，将是一项巨大创新。基于这一概念，早稻田大学和韩国汉阳大学在一项国际联合研究当中用理论阐明，通过对具有特殊结构的固体氧化物材料从外部施加电位，可使其选择性地吸附或解吸二氧化碳。
本研究使用掺杂了异种元素的稀土氧化物材料，从外部分别施加正和负的直流电位，针对该情况下二氧化碳的吸附和解吸情况进行了详细分析。结果，本研究从理论上阐明，将异种金属引入铈的氧化物，并向这种新材料施加一个强大的正电位（没有电流），即可选择性吸附二氧化碳；将电位切换为负电位，即可解吸二氧化碳，如图所示。
本发现显示了一种不同于传统液体方式的，干式、小型，能够按需驱动的二氧化碳捕集浓缩工艺的可能性。如果能通过这种方式将获得的二氧化碳与可再生能源等相结合，实现再利用，或实现二氧化碳的固定，就能进一步降低社会面的化石资源消耗。
本研究是于新冠疫情中开展的一项国际联合研究，因此仅通过理论化学评估阐明了这种现象发生的可能性。未来将实际采用上述材料运行二氧化碳按需回收装置，以证实该装置能以更低的能耗回收和浓缩二氧化碳。
翻译：王京徽
审校：李 涵
统稿：李淑珊
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