从空气或烟道中捕获二氧化碳的设备通常依靠一种可逆过滤机制来工作。空气被通过某种颗粒物或液体，这些物质会吸附二氧化碳，随后经过某种处理过程（通常是加热）使其释放出所吸附的二氧化碳，从而获得分离出的气体流。
类似的操作也可以在更小的规模上实现——比如在电池内部完成。特拉华大学詹姆斯·布切恩（James Buchen）带领的团队开展了一项新研究，展示了一种基于电池的电化学碳捕获技术示例，他们认为这种方法比以往的尝试更具可行性。相比目前主导市场的可逆过滤设计，这种方法有望需要更少的能量，因此成本也可能更低。
碳化学原理
这类设备的基本原理是：电池阴极产生的氢氧根离子与二氧化碳发生反应，将其转化为碳酸盐或碳酸氢盐，这些物质随后穿过隔膜到达阳极。在阳极，较低的酸碱度会使反应逆转，碳酸盐重新转变为二氧化碳气体。阴极的作用是生成氢氧根离子，阳极的作用则是消耗这些离子。
在这项研究中，阴极和阳极均由氢氧化镍制成，这与老式镍氢可充电AA和AAA电池的阴极材料相同。但与用于给移动设备充电的电池不同，这套系统更像一个化学“摇椅”。向一个方向施加电压，会驱使阴极生成氢氧根离子并移向阳极；反转施加的电压后，原来的阳极变成新的阴极，驱动完全相同的化学反应逆向进行。而在整个过程中，这个设备一直在捕获二氧化碳，并将其在电池内部输送转移。
研究人员测试了一个由九个电池单元堆叠组成的实验室规模设备，每个单元的面积约为半张信纪纸大小。鼓风机将空气吹入夹在各单元之间的板材内的曲折气道中（部分组件借用了燃料电池的设计）。
这台小型设备每捕获一吨二氧化碳大约消耗0.8兆瓦时的电力。而目前从环境空气中捕获碳的设施，每吨二氧化碳大约需要消耗1.5至3兆瓦时电力。
试点推进过程
该团队中的部分研究人员参与创立了一家名为RepAir Carbon的初创公司，专注于这项技术的商业化，论文中也有一部分内容用于评估其规模化后的财务可行性。
他们估算了初期小型试点工厂的成本（约为每吨捕获二氧化碳566美元），并借鉴锂离子电池行业的学习曲线以及大型工厂常见的成本缩减规律，向前推演了几代试点工厂的发展。对于产能达到当前试点规模千倍的工厂，他们预计成本可降至每吨92美元。
这一数字将远低于Climeworks等公司目前所能达到的水平，后者计划到2030年将成本降至每吨250至350美元——同时也证明了要实现乐观的规模化预期有多么困难。
长期以来，碳捕获行业一直将每吨100美元作为目标成本，因为达到这一低成本水平可能推动该技术得到更广泛应用。而更多技术路线的探索，也将提高其中某项技术最终实现这一目标的概率。
《自然·能源》，2026年。DOI: 10.1038/s41560-026-02129-z（关于DOI）。
Q&A
Q1：这种新型碳捕获设备是如何工作的？
A：该设备通过电池式电化学反应实现碳捕获，阴极产生的氢氧根离子与二氧化碳反应生成碳酸盐，经隔膜传输至阳极后，在较低酸碱度环境下逆转释放出二氧化碳气体，从而完成捕获与分离过程。
Q2：这种碳捕获技术的能耗和成本如何？
A：实验室测试中，该设备每捕获一吨二氧化碳约消耗0.8兆瓦时电力，低于当前主流设施1.5至3兆瓦时的水平。研究团队预计，大规模生产后成本有望降至每吨92美元。
Q3：碳捕获成本降到多少才算具有实用价值？
A：业内长期将每吨100美元视为关键目标，因为达到这一成本水平将大幅提升碳捕获技术的商业可行性，推动更广泛的市场应用。