首个商用离子交换树脂真空湿度摆变直接空气捕集(VMS-DAC)工艺评估：低温再生路径能耗约2.5 MJ/kg CO2

B910化工消息：6月25日消息（论文6月24日arXiv上线），直接空气捕集（DAC）长期被视为碳移除的关键技术，但能耗居高不下——现有主流路线依赖胺类或金属氧化物的高温再生，常需高达900°C的热能输入，这是其商业化推广的核心瓶颈。由Stephano Sinyangwe、Sierra Binney、Gray Becker、Peter Schulze、Jennifer L. Wade组成的研究团队在arXiv（编号2606.26438）发表了首个针对真空湿度摆变（Vacuum Moisture Swing, VMS）DAC工艺的系统级综合评估，提出了一条以商用离子交换树脂为基础、用低温水汽汽提替代高温再生的低热再生路径。

VMS工艺的核心机制是：利用商用离子交换树脂在不同湿度下可逆捕集与释放CO2的特性，以真空驱动蒸发（vacuum-driven evaporation）的低温水汽汽提取代传统的高温再生步骤。研究团队基于实验测得的水与CO2吸附动力学，构建了循环模型，并在空气相对湿度20%–80%、动力学基准0.5–2.0倍区间内进行了优化。结果显示，在20%相对湿度下优化运行的VMS，CO2产能可达0.2–0.6 kg CO2/（kg吸附剂·天），已“与高温胺系统相当或超越，且无需外部热输入”；气体、水汽流动及CO2压缩至0.1 MPa所需电能约为1–15 MJ/kg CO2，主要能耗集中于汽提步骤的水汽流动；在代表产能0.5 kg CO2/（kg吸附剂·天）时，能耗约2.5 MJ/kg CO2，在“产能-能耗权衡”上优于典型水平。

该工艺的代价在于水耗：蒸发导致1.4–3.5 kg水/kg CO2的水损，与液基体系相当；水损随产能上升而增加，但在更高湿度和更快动力学下降低。研究强调，VMS通过真空驱动的蒸发-冷凝过程内置水管理，可使用非淡水或盐水水源，这一特性对缺水地区的DAC部署具有现实意义——传统液态胺基DAC（如Carbon Engineering的KOH工艺）每吨CO2也需数吨水，而VMS在水源灵活性上提供了额外选项。

从技术路线对比看，当前DAC商业化主要分两大阵营：一是高温固体吸附（如Climeworks的胺功能化固体，再生温度约100°C），二是高温液体循环（如Carbon Engineering的氢氧化钾溶液，煅烧炉需约900°C）。VMS路线的差异化在于将再生温度显著降低，并通过湿度摆动而非热摆动驱动脱附，理论上可用低品位电或可再生电力驱动，减少对高温热源（往往是天然气）的依赖。研究团队指出，这是首个将CO2与水传输过程与内置水管理集成的低温DAC路径的系统级论证。需注意，该工作为基于实验动力学的循环建模与优化，并非全规模中试数据；其商业化成熟度仍落后于已部署的Climeworks、Carbon Engineering等企业，但其工艺参数为下一代低温DAC提供了可工程化的设计基准。 （来源：arXiv）