用二氧化碳發電！不只是中國，韓國也開始了

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環球零碳

碳中和領域的《新青年》

撰文：Shushu

編輯：小瀾

→這是《環球零碳》的1966篇原創

誰能想到，全球各國都開始用二氧化碳來發電。

去年年底，我國研發的全球首臺商用超臨界二氧化碳發電機組“超碳一號”投入運營，首次將“二氧化碳發電”從實驗室推向商業化。

幾個月后，韓國科學家也開始研究用二氧化碳發電。他們研制出一種“氣體電池”，利用“氣體捕獲與發電裝置” （GCEG），能在吸附大氣中溫室氣體的同時產生電力，一舉突破了先捕集、再利用的傳統能源轉化思路。相關研究論文發表于新一期《能源與環境科學》雜志。

一般來說，傳統的碳捕集、利用與封存（CCUS）系統，通常在氣體收集和處理環境方面需要耗費大量外部能源，然而這個“氣體電池”不僅能捕獲二氧化碳，還能產生電力供外界使用。

該GCEG裝置以纖維素/導電碳為骨架作為電極，表面涂上聚丙烯酰胺水凝膠。值得注意的是，水凝膠層涂層要采用“不對稱”結構，僅涂覆在電極的一半上，從而在電極的兩端之間形成電位差。

由于氣體分子與水凝膠界面之間獨特的電子相互作用，一旦氮氧化物、二氧化碳等溫室氣體被被水凝膠選擇性吸附時，會改變材料內部的電荷分布，使陽離子被“排擠”并向電極遷移。這種不對稱的離子分布在兩端形成電勢差，從而驅動電子流動，產生電流。

研究人員表示，當暴露于百萬分之五十的一氧化二氮時，該發生器可提供0.8伏電壓和55 微安電流。雖然這個能量很小，但通過“串聯和并聯集成”可以將其放大到3.8伏和140微安，足以驅動一些可穿戴設備和環境監測器。

圖說：“氣體電池”的運行機制

來源：獨立報

這意味著溫室氣體不再只是一種需要治理的大氣污染物，還可能成為一種新的能源，同時實現能量收集和減排。

根據全球大氣研究排放數據庫（EDGAR）的數據，2024年全球溫室氣體排放量已達到約58.6吉噸二氧化碳當量（不含土地利用變化和林業排放）。其中，中國（131億噸）、美國（46億噸）和印度（32億噸）是全球三大排放國。盡管2015年近200個國家簽署了《巴黎協定》，但當前減排進展仍遠未達到既定氣候目標。

這種情況下，大氣污染物既可以作為發電的“燃料”，又能凈化環境，達到減排目標，一舉兩得。

科學家們認為，由于該電池能自主發電，未來有可能催生一種新型供電技術，例如用于自供電智能環境傳感器、無電池物聯網終端以及高排放工業設施，并把它們集中在一個碳中和與清潔發電的平臺。這樣它既能回收能量，又可助力碳減排。而且，在與分布式能源系統結合后，該裝置有望為實現碳中和目標注入新動能。

相較于韓國仍處于實驗室階段的“氣體電池”，我國用“二氧化碳發電”的思路，可以說是另一技術上的創新落地。

圖說：“超碳一號”

來源：央視新聞

按照以前，不論是傳統的火力發電還是先進的核電技術，以及各類余熱蒸汽發電，原理都類似于“燒開水”，就是用熱量將水變為水蒸氣，推動汽輪機轉動來發電。

“超碳一號”是將液態二氧化碳加溫、加壓成為超臨界狀態帶動發電機發電。超臨界態是一種奇妙的狀態：當溫度和壓強超過某個特定值，物質會同時具有液體和氣體的特性。

二氧化碳在超臨界狀態下密度大，接近液體，使得它能儲存更多能量，如同一個“壯漢”，比起傳統水蒸氣“肌肉”更多，而且它的黏度很低，接近氣體，意味著流動阻力更小，直接加熱膨脹做功，不發生相變，過程更為簡單，響應速度更快。

圖說：二氧化碳相態變化圖，超臨界態的面積比較大，意味著比較容易達到

來源：果殼/工程地質學報

更重要的是，把二氧化碳加溫，可以用很便宜的熱源，例如鋼廠的工業余熱。這些余熱的溫度在300到600攝氏度之間，正好用來讓二氧化碳達到超臨界態，變廢為寶。

據介紹，相比以往使用的余熱蒸汽發電技術，“超碳一號”發電效率可以提升85%以上，在原有發電基礎上，每年還可以多發電7000萬千瓦時以上。

在實際應用方面，超臨界二氧化碳技術還可以與各種熱源組合成發電系統，在光熱發電、余熱發電、儲能發電等領域運用。

目前，我國“熔鹽儲能+超臨界二氧化碳發電”的新能源儲能發電示范項目預計2026年上半年在新疆開工建設，利用風電光伏富余電力加熱熔鹽，在電網需要時，高溫熔鹽通過超臨界二氧化碳將熱能快速轉化為電能。

據悉，“超碳一號”不僅效率高，而且有系統緊湊、輔助系統少和響應速度快的優勢，連場地需求也可以“瘦身”50%。

[1]https://carbonherald.com/new-south-korean-device-converts-co2-and-pollutants-into-electricity/

[2]https://interestingengineering.com/innovation/gas-battery-greenhouse-emissions-electricity

[3]https://uk.finance.yahoo.com/news/south-korean-scientists-build-gas-120912893.html

[4]央視新聞：二氧化碳能用來發電了

[5]https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2026/ee/d5ee06789h

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