空气中0.04%的CO₂，零下10摄氏度也能捕集……韩国开发吸附剂[读懂科学]

by Kim Jonghwa

Published 19 Aug.2026 11:35(KST)

高丽大学开发可应用于实际设备的颗粒型吸附剂
在低温、湿度环境下保持性能……提高直接空气捕集商业化可能性

一项可在零下10摄氏度寒冷环境中直接捕集大气内仅占0.04%的二氧化碳（CO₂）的技术已被开发出来。研究人员将粉末状吸附剂制成便于装入实际设备的颗粒形态，并确认其在不同温度和湿度条件下均能保持性能，提高了直接空气捕集技术的现场应用可行性。

高丽大学19日表示，机械工程系教授 Kang Yongtae 研究团队开发出一种颗粒型二氧化碳吸附剂，将碳纳米管（CNT）和胺结合于二氧化硅纳米颗粒之上。

二氧化碳颗粒吸附剂量产及低温直接空气捕集系统评估概况。该直接空气捕集用颗粒吸附剂即使在零下环境中也已验证性能，可实现量产，且能源效率高。研究团队供图

为实现碳中和，不仅需要在工厂、发电站等二氧化碳大量排放场所捕集碳，还需清除已扩散至大气中的二氧化碳。直接空气捕集技术通过大型风扇吸入空气后，选择性捕集并分离其中的二氧化碳。

问题在于，大气中的二氧化碳浓度仅约为0.04%，即400ppm。要确保经济性，既要选择性捕获极少量的二氧化碳，也必须减少在将已捕集的二氧化碳剥离、重新使用吸附剂的“再生”过程中所需的能源。

研究团队将可选择性捕集二氧化碳的胺和碳纳米管结合至二氧化硅纳米颗粒上。碳纳米管如同骨架般强化吸附剂结构，同时有助于热量和二氧化碳的传输。

尤其是，团队采用碳纳米管与二氧化硅纳米颗粒自行缠结、形成支撑结构的“自组装”方式。无需额外使用粘合剂，也可将粉末材料制成大小均匀的颗粒。这旨在减少将粉末状吸附剂应用于实际直接空气捕集设备时可能出现的材料流失、压力损失等问题。

研究团队在零下10摄氏度至零上20摄氏度范围内改变温度和湿度，对吸附剂性能进行了验证。结果显示，即使经过反复的二氧化碳吸附和再生过程，颗粒的形态和性能仍稳定维持；再生后，其二氧化碳捕集性能也得到恢复。

团队并未止步于确认吸附材料本身的性能，还开展了基于实际环境变化的性能预测模型及系统能耗评估。研究团队称，这可用于综合考虑不同地区和季节的温度、湿度，设定直接空气捕集设备运行条件，并同步优化材料与工艺。

研究团队合影。高丽大学机械工程系教授Kang Yongtae（左，通讯作者）、博士研究生Seo Younghwan（第一作者）。高丽大学供图

不过，要实现实际商业化仍需进一步研究。研究团队计划降低从吸附剂中剥离二氧化碳的脱附温度，并应用热回收技术，以减少再生所需能源；还将研究利用光热转换技术提供再生热量的方案，并推进长期重复运行及实际户外环境验证。

高丽大学教授 Kang Yongtae 表示：“这项研究的意义在于，研究不止于制造性能优异的粉末材料，而是将其制成可应用于实际设备的形态，在低温和湿度环境下运行，并将评估延伸至能源消耗。”他称：“今后将减少再生所需热量，扩大长期验证，推动其发展为可适用于多种气候条件的直接空气捕集技术。”

研究成果已发表于应用化学领域国际学术期刊《能源化学杂志》（Journal of Energy Chemistry）第119卷。

本报道由人工智能(AI)翻译技术生成。