洛桑联邦理工学院的一项新研究评估了一种名为“吡啶石墨烯”的新型膜材料在工业二氧化碳捕集中的规模化应用前景。该研究结合实验性能数据与工业运行条件下的模拟分析，指出此类膜技术有望为天然气发电、燃煤发电及水泥等高排放行业，提供一种更为紧凑且具备成本竞争力的碳捕集方案。

对于仍依赖化石燃料的工业部门而言，碳捕集技术至关重要。目前广泛使用的溶剂吸收系统通常能耗较高、基础设施庞大且运营成本不菲。膜分离系统作为一种体积更小、以电力驱动的替代技术，其工作原理类似于精密过滤器，通过选择性渗透分离烟气中的二氧化碳。然而，许多现有膜材料在处理二氧化碳浓度较低的烟气时效率会下降。

瑞士洛桑联邦理工学院的研究团队，由玛丽娜·米卡里和加兹纳特讲席教授库马尔·瓦伦·阿格拉瓦尔领导，重点分析了吡啶石墨烯膜的性能。这种材料是一种具有特定功能化孔隙的单层石墨烯，对二氧化碳表现出 preferential 吸附能力。研究通过建模工具模拟了实际运行中的能耗与气体流量，并探讨了多种成本情景。该成果已发表于《自然·可持续性》期刊。阿格拉瓦尔教授表示：“随着我们扩大技术规模，了解降低碳捕获能源消耗和成本对碳捕获各个领域的影响至关重要。这项工作正是为了解决这个问题。”

模型分析揭示了该膜材料在不同工业场景下的适用性。对于天然气电厂，采用一个包含三步预富集二氧化碳的系统后，捕集成本预计约为每吨80至100美元，在最佳条件下可降至每吨60至80美元。对于二氧化碳浓度较高的燃煤电厂，该膜对二氧化碳/氮气的高选择性有助于降低能耗，预计成本范围为每吨25至50美元。在氧气含量较高、选择性控制更具挑战的水泥厂烟气中，成本仍能保持相近范围，且在测试的各场景下性能表现稳定。该研究指出，膜的高渗透性使其所需表面积较小，有助于减少整套捕集系统的占地规模。

此项研究表明，实现规模化应用后，吡啶石墨烯膜有望成为现有溶剂型碳捕集技术的一种潜在替代选择。研究也指出了该材料仍需改进的方面，例如提升其对水泥烟气中二氧化碳与氧气的区分能力。

更多信息： Marina Micari 等人，《吡啶石墨烯膜从稀薄排放物中高效捕获二氧化碳》，《自然·可持续性》(2025)。期刊信息： 《自然·可持续性》