电化学去除二氧化碳中的屏障

电化学去除二氧化碳中的屏障 作者和致谢 Authors Silvan Aeschlimann Charitea Charalambous 作者按字母顺序列出。除非另有说明 ， 否则所有作者均来自 RMI 。 贡献者 鲁迪 · 卡萨尔、丹尼尔 · 派克、艾米丽 · 罗杰斯、诺亚 · 香农、盖伊 · 沃尔和伊莎贝尔 · 伍德 除非另有说明 ， 否则 RMI 的所有贡献者。 联系人 Silvan Aeschlimann,saeschlimann @ rmi. orgCharitea Charalambous,charithea. charalambous @ rmi.org 版权和引文 Silvan Aeschlimann 和 Charitea Charalambous,电化学去除二氧化碳中的屏障, RMI, 2024,https: / / rmi. org / insight / breaking - barriers - in - 二氧化碳 - removal - with - electrochemistry. RMI重视合作，并致力于通过分享知识和见解加速能源转型。因此，我们允许感兴趣的各方根据Creative Commons CC BY-SA 4.0许可条款引用、共享和引用我们的工作。https: / / creativecommons. org / licenses / by - sa / 4.0 /. 除非另有说明 ， 否则所有使用的图像均来自 iStock. com 。 Acknowledgments 资助伙伴 ：团队衷心感谢杰里米和汉内洛雷·格兰瑟姆环境信托基金的支持与合作，为这项工作提供了资金。 外部审阅者:我们对Counteract的Andrew Shebbeare、Carbon Removal Partners的Karen Strassle、Energy Revolution Ventures、休斯顿大学的Mim Rahimi和Abdelrahman Refaie以及几位希望保持匿名的其他人士表示感谢，他们深入审阅了本工作的内容。此外，RMI向本简报中提及的进行了特定运营展示审核的初创公司致以谢意并表达感激之情。 关于 RMI RMI是一家独立的非营利组织，成立于1982年，名为Rocky Mountain Institute，通过市场驱动的解决方案，推动全球能源系统的转型，以符合1.5°C的未来目标并确保实现一个清洁、繁荣且零碳的未来。我们关注世界最为关键的地理区域，并与企业、政策制定者、社区和非政府组织合作，识别并扩大能源系统干预措施，以在2030年前至少削减50%的气候污染。RMI在科罗拉多州的巴斯尔特和博尔德设有办公室，在纽约市、加州奥克兰、华盛顿特区、尼日利亚阿布贾和北京设有办事处。 关于第三导数 全球气候技术加速器RMI的第三导数（Third Derivative）正在加速气候创新的速度。第三导数包容性的生态系统迅速地发现、资助并在全球范围内扩大气候技术。通过将投资者、企业与世界最具有潜力的气候技术初创企业连接起来，第三导数跨越了资金和资源的鸿沟，以加快产品上市速度。灵活且高度定制化的远程加速计划能够使初创企业专注于其独特的需求和机遇。我们共同努力，推动市场变革，以实现公平的气候未来。欲了解更多信息，请访问[具体链接]。www. third - derivative. org. Contents 评估规模可行性...................能源需求与单元设计...............................................................................................系统级权衡............................. 23 ...................................为投资者 ， 企业家和研究资助者提供可行的指导28 结论................... 31 尾注 35 执行摘要 电化学正准备通过大幅降低碳 dioxide 去除（CDR）路径的能量需求，进而显著减少成本，来变革碳 dioxide 去除领域。在清洁电力的驱动下——预计在未来十年内价格将进一步下降一半并变得更加普及——电化学将发挥关键作用。1基于电化学的CDR系统可以成为全球CDR组合的一部分，该组合旨在实现全球温度目标，既经济实惠又持久可靠。 图ES1（下一页）展示了电化学技术通过以每年1百万吨（Mt）固体吸附剂直接空气捕获（DAC）工厂为例，如何有可能将预测的CDR成本降低超过50%的可能性。基于电化学的其他CDR方法，如间接水捕获（IWC）和混合系统（HYB），可以预见类似的创新路径。i 初创企业和投资者正在认识到电化学在碳捕获与储存（CDR）领域的潜力。从2019年到2024年3月，利用电化学进行CDR的初创企业数量从3个增加到了24个，其中许多企业已经成功筹集了初始资金轮次。尽管如此，投入电化学基CDR领域的总累计投资为30亿至40亿美元，仍远低于该领域实现其全部潜力所需的资金量。RMI的应用创新路线图2预计未来15至20年内，至少需要25亿美元至70亿美元的资金来证明基于电化学的方法在大规模应用上的可行性。 基于电化学的连续沉积反应（CDR）展现出提高工程化CDR系统效率和成本的高潜力，但开发者需要解决关键挑战，如可制造性、系统集成以及实际环境下的系统寿命。由于初创企业在应对这些风险和展示系统设计方面仍处于初期阶段，投资者可能难以确信评估这些技术的可行性和潜力。 本简报旨在为投资者、企业家和研究资助者提供关键洞察，帮助他们就电化学参与的碳捕获与储存（CDR）技术做出明智决策。其目标在于填补对技术有效性和可扩展性独立评估的空白。简报概述了电化学在CDR领域的前沿应用，强调了各种基于电化学的CDR系统中的关键权衡，并提供了避免偏见或不准确评估的实用指南。 根据对CDR初创企业环境的回顾，本文简要识别并列出了当前正在探索的八种电化学CDR系统原型。这些CDR系统根据以下三个方面进行分组：（1）核心电化学过程、（2）特定的CDR方法以及（3）电化学电池在CDR系统中的作用。附录ES2（第9页）概述了这八种系统原型，并展示了它们的比较优势。 RMI 图形。来源 ：负排放技术和可靠的隔离 ： 国家科学院的研究议程， 2019 年 ； 对于固体吸附剂成本部分 ， 伊芙 · 汉森和约翰 · 马特森 ，直接空中捕获 ： 利用界定技术发展十年， 第三衍生品 ， 2021 年。更长的耐久性和稳定性 ， 材料的可回收性 ， 并降低制造成本。 这些信息可以用来将基于电化学的CDR系统原型映射到投资者的特征和行业合作伙伴关系。 在对基于电化学的CDR初创企业进行尽职调查时，RMI鼓励潜在投资者遵循这四个最佳实践原则，以帮助区分具有竞争力和实际表现预测的公司与那些难以扩展的公司： 1. 回顾最新的电化学技术基准的最新文献 和费用 ：定期进行全面独立性能评估和技术经济分析（TEA）以关注技术。 2. 要求初创公司提供能够跨系统进行无偏比较的数据。其中包括以下请求 ： c.他们的电化学过程 / 系统和基准过程 / 系统之间的详细比较。d.评估其系统可扩展性的相关数据，包括主要组件列表、当前材料成本和预期成本轨迹、副产品生成速率、持有的专利以及目标站点。a.为他们共享的任何 TEA 或生命周期评估 (LCA) 数据明确定义系统边界。b.他们报告的能源需求的基础指标。 3. 比较类似的系统上下文 ：仅比较使用相同系统边界的系统的成本和能源数据。 4. 上下文化启动性能数据 ：鉴于所有基于电化学的CDR系统仍处于技术成熟度的初期阶段，请不要过于依赖TEA的名义值。 词汇表 Introduction 尽管减少来自电力、移动性、建筑和工业的排放是关键且紧迫的任务，这些努力必须与碳移除相结合，以期实现可持续的气候未来。2 科学共识表明，为了将温度升高控制在1.5°C以内并避免气候变化最灾难性的影响，每年需要移除数十亿吨的二氧化碳（CO）。2 2050 年 - 除了大幅减少排放。3 正如在 RMI 的探索应用创新路线图,4为了满足广泛的需求以去除二氧化碳，并且没有单一方法能单独完成这一需求，因此需要一个多样化的碳移除策略组合。不同的方法在不同地理区域和行业中有其优势。目前，RMI追踪了三大类中29种不同的碳移除途径，ii每一个提供独特的优势和挑战。5,iii约一半的方法已经使用了电化学技术，或者通过电化学领域的突破性进展可以被转换。采用多样化的碳去除策略组合有助于降低每个方法所固有的风险，提供了定制化碳去除方法以适应特定地理和环境条件的灵活性，并解锁了一系列多元化的协同效益。 RMI 的第一个 DAC 见解简介(在我们的第三衍生平台上发布)6识别电化学直接空气碳捕获（DAC）为合成碳捕获（sCDR）类别中具有前景的解决方案，因为它能够提供高效率、全电能化和成本效益的碳去除。自此，碳捕获技术取得了显著的增长。 初创企业正在扩展电化学过程在碳捕获与存储（CDR）系统中的应用。图1定义了sCDR（选择性碳捕获），概述了这一CDR类别独有的优势和挑战。7本报告详细阐述了三种高级的连续数据记录（CDR）方法，探讨了电化学技术在这份洞察简报范围内的应用。 将电化学技术整合到碳捕获与资源化（CDR）应用中，尤其是在sCDR领域，至少以四种不同的方式显著降低能源需求并改善经济性： 1. 较低的能源使用（ 降低运营支出) ： 电化学直接针对 CO 键21. **提高能效**：通过优化电化学过程，可以设计出更高效的能源转换和存储系统，减少用于捕获、转化和储存CO2的总能量消耗。 对于 CO 的释放 ， 与 DAC 中常用的温度摆动方法相比 ， 减少了能源使用2加热整个反应堆的系统。2. **降低成本**：集成电化学技术可能通过减少化学试剂的使用或提高回收利用率来降低运营成本。此外，通过提高捕获效率，可以减少整体捕获成本。 3. **灵活性提升**：电化学方法能够适应不同的环境条件和输入参数变化，这使得在不同地点和条件下实施CDR项目更加灵活和有效。2. 简化系统 (通过消除复杂的温度和压力波动，系统变得更加简单，从而减少了资本和运营支出。 4. **可持续性增强**：电化学过程通常具有较低的环境影响，使用可再生能源驱动时，其对碳足迹的影响进一步减小。这不仅有助于实现碳中和目标，还符合全球对可持续解决方案的需求。综上所述，将电化学技术融入CDR应用，尤其是sCDR，不仅能够促进能源的高效利用，还能推动经济向更加绿色、可持续的方向发展。3. 模块化设计（减少资本和运营支出）：电化学技术允许模块化系统设计，这些设计能够在各种环境中适应，促进标准化并实现大规模生产。这些系统可以与电力电网集成，或者在间歇性电力来源上独立运行，从而增强其部署灵活性。 4. 有价值的副产品 ：有价值的副产品的生产，如氢气，不仅支持能源转型，还能改善总体经济状况。 因此，有充分的理由相信电化学可以改变CDR行业。然而，基于电化学的解决方案的技术成熟度相对较低，迄今为止在基于电化学的CDR初创公司的投资总额在3亿美元到4亿美元之间。 million. This amount is significantly less than the $25 billion to $70 billion RMI 's应用创新路线图8估计将需要测试和证明已知的基于电化学的方法在规模的可行性。 本简报旨在为投资者、企业家和研究资助者提供关键洞察，以做出基于电化学的碳捕获与储存（CDR）技术的明智决策。其目标在于填补技术有效性和可扩展性独立评估的空白。简报概述了电化学在CDR领域的前沿应用，强调了不同基于电化学的CDR系统之间的关键权衡，并提供了避免偏见或不准确评估的实用指南。