维度网讯，芬兰LUT大学的一项新研究表明，利用低成本太阳能光伏电力驱动的碳捕获、利用与封存（CCUS）工艺，可以将大气中的二氧化碳转化为碳纤维、碳化硅和石墨烯等有盈利价值的材料，同时实现大量负排放。

传统的碳捕获与封存（CCS）侧重于将二氧化碳从化石燃料废气中分离并封存，不产生经济效益；而碳捕获与利用（CCU）虽然能将二氧化碳转化为产品，但并非所有路径都能实现净负排放。LUT大学的研究人员将CCU与二氧化碳去除（CDR）结合，形成CCUS框架，把捕获的二氧化碳作为宝贵原料生产高持久性封存的产品。低成本太阳能光伏电力确保整个流程的可持续性，同时使产品具有经济竞争力。

研究选取了三种在传统生产价值链中能耗和碳排放极高，但市场增长快、应用广泛且抗降解性强的材料——碳纤维、碳化硅和石墨烯。通过直接空气捕获（DAC）系统从大气中获取二氧化碳，并利用廉价太阳能光伏电力替代化石能源，评估其到本世纪中叶的负排放潜力和经济效益。

在碳纤维方面，到2050年，电力基碳纤维（e-CF）的生产成本预计为每千克10.3欧元（约12.1美元），碳封存成本为每吨二氧化碳2949欧元，但可实现的利润为每吨二氧化碳1461欧元。碳纤维含碳量高，每吨产品可封存约3.5吨二氧化碳，到2050年总负排放潜力至少达到每年7亿吨二氧化碳，其增强混凝土有望替代建筑钢材。

对于碳化硅，到2050年电力基碳化硅（e-SiC）的生产成本预计为每千克0.7欧元，碳封存成本每吨二氧化碳303欧元，利润每吨二氧化碳259欧元。若全球50%的建筑用砂被e-SiC替代，到2050年封存的二氧化碳可高达每年136亿吨；若仅满足全球工程陶瓷需求，负排放潜力约为每年2.9亿吨。

石墨烯方面，研究对比了化学气相沉积（CVD）和电子束等离子体甲烷（EBPM）热解两种工艺。CVD路径生产的石墨烯质量高，但碳封存成本高达每吨二氧化碳24,402欧元，生产成本每千克89.5欧元，在经济和能源上缺乏吸引力；EBPM热解路径则能源需求低得多，到2050年的利润可达每吨二氧化碳2351欧元（每吨产品8621欧元）。石墨烯最终产品碳含量接近99%，到2050年总封存潜力可达每年25.7亿吨二氧化碳。

研究还指出，三种电子材料的累计二氧化碳去除部署到本世纪末可达8435亿吨，有助于在纳米、微米和宏观尺度上逐步实现对能源密集型和高碳排放工业材料的去化石燃料化。此外，石墨烯作为锂离子电池电极添加剂可提升电池性能，并缓解锂等关键原材料的供应链压力；这些技术路径也为钢铁制造和化学工业的去化石燃料化提供了思路。

该研究由Maheshika H.K. Premarathna、Dominik Keiner和Christian Breyer共同完成，属于LUT大学月度专栏的一部分。LUT大学的研究涵盖电力、热力、交通、工业、海水淡化和二氧化碳去除等多个领域，其中Power-to-X研究和太阳能技术处于核心地位。

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