電池原理應用於直接空氣捕碳，伊利諾大學與豐田開發低能耗電化學DAC技術

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科技產業資訊室 (iKnow) - 黃松勳發表於 2026年7月15日

圖、電池原理應用於直接空氣捕碳，伊利諾大學與豐田開發低能耗電化學DAC技術

近年全球淨零排放政策持續推進，但即使各國加速減碳，氣候科學界普遍認為，僅依靠降低當前排放量仍不足以達成升溫控制目標，必須同步移除大氣中累積數十年的二氧化碳。直接空氣捕碳（Direct Air Capture, DAC）因此成為全球碳移除技術的重要發展方向，吸引能源、汽車與科技產業持續投入研發。

美國伊利諾大學香檳分校研究團隊近日與Toyota Research Institute North America合作，開發出一套以電池充放電概念為基礎的電化學直接空氣捕碳技術。相較於目前多數DAC系統仰賴高溫再生程序吸附與釋放二氧化碳，新技術改以電力驅動電化學反應完成碳捕捉循環，有機會降低系統能耗並提升部署彈性。

研究團隊的核心創新來自特殊設計的鉀穩定化二氧化錳（potassium-stabilized manganese dioxide）電極，以及陽離子補償電化學電池架構。系統透過調控鹽水溶液的酸鹼值變化，當溶液鹼性提高時，可有效吸收空氣中的二氧化碳；當鹼性降低時，則能將二氧化碳以高純度形式釋放出來，供後續封存或再利用。

與傳統燃燒後碳捕捉技術相比，直接空氣捕碳面臨更高技術門檻，主因在於大氣中的二氧化碳濃度僅約420ppm左右，遠低於火力發電廠煙道氣濃度。因此，如何降低捕碳能耗並提升吸收效率，一直是DAC商業化的重要挑戰。研究團隊指出，新的電化學設計可在較有利於二氧化碳溶解的鹼性環境中運作，有助提升系統效率。

研究過程中，團隊進一步以熱力學循環概念優化系統設計。不同於傳統以壓力與體積變化分析能量損耗，研究人員改以溶解無機碳濃度及鉀離子濃度作為分析基礎，找出系統能量損失來源，進一步改善運作條件。此方法有助建立更低能耗的DAC運轉模式，提升未來規模化應用潛力。

儘管實驗結果展現可行性，但研究團隊也指出，目前系統仍面臨液流混合（interstream mixing）問題。由於設備需要兩股液流交替運作，若在切換過程中發生混合，將降低捕碳效率並增加能源消耗。未來若能有效抑制此現象，系統生產力與整體經濟效益可望進一步提升。

目前全球DAC產業正處於快速發展階段，包括Climeworks、Carbon Engineering及Heirloom等業者均積極推動大型示範計畫。然而，多數技術仍面臨高成本與高能耗問題。國際能源總署（IEA）指出，降低能源需求與設備成本將是DAC產業邁向商業化的關鍵。

此次伊利諾大學與豐田合作的研究，代表電化學路線正逐步成為DAC技術的重要發展方向。若未來能進一步解決效率與規模化挑戰，並搭配低碳電力來源運作，相關技術有望成為全球碳移除基礎設施的重要組成部分，協助各國處理難以消除的歷史排放量，為淨零轉型提供新的技術選項。(969字；圖1)

參考資料：
Toward a Low-Energy Direct-Air Capture Cycle by Reversible Proton-Intercalation-Mediated Alkalization. Environmental Science & Technology, 2026/6/27
Battery-like device pulls CO2from air using electricity and saltwater chemistry. TechXplore, 2026/7/13
Electrochemical Direct Air Capture of CO2. Scientific Frontline, 2026/7/12
New electrochemical device captures CO2 from air to fight climate change. Bioengineer.org, 2026/7/13
Direct Air Capture - A key technology for net zero. IEA, 2022/4

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