跨越碳捕获的亡之谷

减缓气候变化的影响已成为全球关注的焦点，各国和国际组织都制定了各种战略来应对这一问题。降低二氧化碳排放量是重中之重，而碳捕获技术是其中一种有希望的解决方法。

尽管如此，事实证明，弥合碳捕获解决方案的研究与实际实施之间的差距非常困难，它有一个实际的名字：“亡之谷”。这一挑战因需要考虑过程中不同利益相关者的观点和优先事项而变得更加复杂。

传统上，碳捕获技术开发始于化学家设计材料和工程师开发工艺，而经济和环境影响则随后进行评估。结果往往不尽如人意，只会推迟实际解决方案的实施。

对这一问题，由洛桑联邦理工学院的 Berend Smit 和赫瑞瓦特大学的 Susana Garcia 领导的科学家开发了 PrISMa (定制吸附材料的工艺信息设计)平台：这是一种创新工具，它从一开始就考虑到多个利益相关者的观点，无缝连接材料科学、工艺设计、技术经济和生命周期评估。

PrISMa 利用先进的模拟和机器学习，可以确定最有效和可持续的解决方案，并预测新材料的性能，这使其成为应对气候变化的有力工具。这项研究发表在《自然》杂志上。

评估关键绩效指标

PrISMa 评估四个关键绩效指标 (KPI) 或“层”，以评估碳捕获材料从最初开发到实施到完整的碳捕获工厂的可行性。

材料层：利用实验数据和分子模拟，该平台预测潜在吸附材料的吸附性能。

过程层：PrISMa 计算过程性能参数，例如纯度、回收率和能量需求。

技术经济分析层：PrISMa 评估碳捕获工厂的经济和技术可行性。

生命周期评估层：PrISMa 评估工厂整个生命周期的环境影响，确保全面的可持续性。

在案例研究中测试 PrISMa

科学家们利用 PrISMa 比较了 60 多个现实世界案例研究，这些案例研究采用不同的技术从世界五个地区的不同来源捕获二氧化碳。通过考虑多个利益相关者的观点，PrISMa 帮助确定了最有效和最可持续的解决方案。

Berend Smit 表示：“PrISMa 平台的独特功能之一是它能够使用先进的模拟和机器学习来预测新材料的性能。这种创新方法加速了碳捕获性能最佳材料的发现，超越了传统的反复试验方法。”

分子模拟

该平台集成了密度泛函理论 (DFT) 和分子模拟，以预测工艺设计所需的材料特性。该团队在一家二氧化碳捕获工厂测试了这种方法，研究了该工厂 30 年运营期间的间接排放，并将其与技术经济评估相结合，评估了该工艺的成本。

Berend Smit 表示：“我们成功地在 DFT 层面上将电子的运动联系起来，计算出了捕获工厂 30 年使用寿命内捕获的二氧化碳总量及其成本。 ”

利益相关者的观点

PrISMa 为各利益相关者提供了宝贵的见解，为工程师提供了设计最有效、最具成本效益的碳捕获工艺的工具，并指导化学家了解可增强材料性能的分子特性。

环境管理人员可以获得对环境影响的全面评估，从而做出更明智的决策，而投资者可以受益于详细的经济分析，从而降低投资新技术所带来的风险和不确定性。

发现新材料

PrISMa 可以加速发现性能最佳的碳捕获材料，超越传统的反复试验方法。其交互式工具允许用户探索 1,200 多种材料，了解成本、环境影响和技术性能之间的权衡。

这种综合方法可确保所选解决方案有效捕获二氧化碳，同时最大限度地减少整体环境影响。

Smit 设想 PrISMa 的一种用途是发现金属有机骨架 (MOF)，这是一种多孔材料，具有广泛的应用，包括碳捕获。“我们的想法是，化学家可以上传他们的 MOF 的晶体结构，然后平台会根据各种捕获过程对这些材料进行排序，”他说。“因此，即使对碳捕获技术没有详细了解的化学家也可以得到反馈，了解哪种 MOF 性能最佳以及原因。”

PrISMa 可以加速碳捕获技术的开发，通过在研究过程的早期将所有相关利益相关者团结起来，帮助实现净零排放。通过对材料和工艺进行全面评估，PrISMa 可以做出更明智的决策，从而开发出更有效、更可持续的碳捕获解决方案。