利用胺基酸技術捕捉二氧化碳：Holocene 的創新空氣捕集技術解析
圖靈學院/科楠/2024-09-14
前言
Reccessary News在2024-09-12“挑戰碳捕集「聖杯」！Google攜新創Holocene解決成本難題，創新技術特別在哪？”一文中指出Google挹注資金，Holocene有望壓低開發成本 專家普遍認為，直接空氣捕集技術（Direct air capture，DAC）要能大規模應用，成本必須降至100美元，而這個被稱為「聖杯」（holy grail）的價格門檻，短時間內難以實現，即便在冰島營運全球最大DAC工廠的瑞士新創Climeworks，有把握在2030年將成本降低5成，每噸成本仍需要400至600美元（約新台幣1萬2,800至1萬9,200元）。 官方聲明指出，Holocene採取創新技術，使用胺基酸及其他有機化合物，可連續捕捉大氣中的二氧化碳，並透過濃縮及低溫加熱的方式，變成高純度的二氧化碳流，以利後續運輸及封存，相較於其他能源密集的處理方式，Holocene更具成本效益且可規模化，只是該技術目前還在初期開發階段。
接下來我們就針對Holocene所利用行碳捕捉的技術進一步來探討一下。
Holocene 引入了一種創新的直接空氣捕集（Direct Air Capture, DAC）技術，利用胺基酸及其他有機化合物來捕捉大氣中的 CO₂。這種技術被視為具有巨大潛力的碳捕集方法，不僅能有效降低捕集成本，還具有長期可擴展性，其主要技術如下：
1. 胺基酸及有機化合物的吸附作用(Adsorption of amino acids and organic compounds)：化學吸附機制(Chemical Adsorption Mechanism)
Holocene 技術的核心是利用胺基酸及其衍生的有機化合物來捕捉 CO₂。胺基酸分子中含有氨基 (-NH₂) 和羧基 (-COOH) 功能團，這些基團能夠與大氣中的 CO₂ 進行反應，形成穩定的氨基甲酸鹽（carbamate）。這種反應過程可以暫時儲存 CO₂，使胺基酸成為一種高效的 CO₂ 捕集劑1。
2. 濃縮 CO₂(Concentrated CO₂)：提高捕集效率
當胺基酸吸附了一定量的 CO₂ 後，技術會透過濃縮處理來提高捕集效率。這些捕獲的 CO₂ 會進行過濾或脫附過程，將分散於吸附劑中的 CO₂ 濃縮成高純度的氣體流。這樣的處理方式不僅提高了系統的效率，還便於後續的運輸和儲存3,4。
3. 低溫加熱脫附(Low temperature heating desorption)：降低能耗與成本
相比於傳統的碳捕集技術，Holocene 採用低溫加熱技術來脫附 CO₂。這個過程可以在較低的溫度下將 CO₂ 從吸附劑中釋放出來，形成高純度的 CO₂ 流，並大幅降低了運營能耗。與其他需要高溫再生的技術相比，這種低溫方法更加節能，也使整體成本顯著降低2。
4. 後續運輸及封存：應用與前景
經過濃縮與脫附的 CO₂ 可以以氣體或液體形式進行運輸與封存。這些 CO₂ 可被注入地質結構進行長期封存，或作為碳中和燃料和建材的原材料使用。這使得 Holocene 技術在未來的碳封存和工業應用中擁有廣闊的前景3。
5. Holocene 技術的優勢：降低成本與能耗
Holocene 技術的最大優勢在於其能夠在較低能耗的情況下實現高效的 CO₂ 捕集。通過使用胺基酸及有機化合物，這項技術不僅能夠在較低的運行成本下實現大規模應用，還具有環境友好、低毒性和低揮發性的特點4。
結論：技術的未來潛力
目前，Holocene 的技術仍處於開發階段，但隨著技術的進一步優化，這種利用胺基酸和有機化合物的 CO₂ 捕集方法有望在未來降低 DAC 技術的成本，並為實現碳中和目標提供關鍵的技術支撐。作為一種具成本效益且環保的選擇，這項技術我們雖然無法斷言是否成本能達到100美元/噸的「聖杯」目標，但在未來的碳捕集市場中的確擁有巨大潛力。
Reference：
1. Xu, X., Myers, M. B., Versteeg, F. G., Adam, E., White, C., Crooke, E., & Wood, C. D. (2021). “Next generation amino acid technology for CO₂ capture”. Journal of Materials Chemistry A. DOI: [10.1039/D0TA10583J](https://doi.org/10.1039/D0TA10583J)
2. Fasihi, M., Efimova, O., & Breyer, C. (2019). “Techno-economic assessment of CO₂ direct air capture plants”. Journal of Cleaner Production, 224, 957-975. DOI: [10.1016/j.jclepro.2019.03.086](https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.03.086)
3. Ferey, G., Mellot-Draznieks, C., Serre, C., Millange, F., Dutour, J., Surble, S., & Margiolaki, I. (2005). “A chromium terephthalate-based solid with unusually large pore volumes and surface area”. Science, 309(5737), 2040-2042. DOI: [10.1126/science.1116275](https://doi.org/10.1126/science.1116275)
4.Arstad, B., Blom, R., & Swang, O. (2007). “CO₂ absorption in aqueous solutions of alkanolamines: mechanistic insight from quantum chemical calculations”. Journal of Physical Chemistry A, 111(6), 1222-1228. DOI: [10.1021/jp065301v](https://doi.org/10.1021/jp065301v)
5.新聞來源：https://www.reccessary.com/zh-tw/news/world-technology/google-holocene-tackle-the-holy-grail-of-carbon-capture-costs
