美國德拉瓦大學(University of Delaware)利用以氫能為動力源的新型電化學系統,達成了一項可有效回收空氣中99%二氧化碳的技術實證。為了取代目前以酸為基底的既有燃料電池,德拉瓦大學致力於具經濟性且對環境友善之氫氧化物交換膜燃料電池(HEMFC)的改良。但HEMFC的缺點是極易受到空氣中二氧化碳的影響,燃料電池的性能與效率最大減少達20%,降至與汽油引擎同等程度。
然而在數年前,研究團隊意識到此項缺點或許可成為去除二氧化碳問題的解決方案。在深入研究了這一機制後,確認HEMFC具有極高的能力可以回收幾乎所有進入的二氧化碳並於另一側分離二氧化碳。研究團隊認為,若將此項「自行清除(Self-purging)」過程利用於燃料電池堆上游的其他設備的話,將可望轉變成為二氧化碳分離器。
此次研究團隊則是發現了一項將電化學技術用電源嵌入分離膜的方法,而此方法利用內部短路的機制。藉由將裝置的電線嵌入膜內,製作出一條可讓二氧化碳分子從一側更容易移動到另一側的捷徑,以此方法即可製作出體積小、表面積大的小型螺旋模組。此模組分別從一端的2個入口分別吸入氫氣與空氣,通過兩片塗佈了觸媒的大面積短路膜後,在另一端的2個出口分別排放二氧化碳與不含二氧化碳的空氣。對此裝置供應氫氣後,氫氣即成為去除二氧化碳過程的動力源。
此項電化學裝置看似一般分離氣體的過濾膜,但具有從空氣中連續捕獲微量二氧化碳的能力。研究中以使用25cm2短路膜的電化學驅動二氧化碳分離裝置(EDCS)進行實證,確認可連續去除流量2,000標準cm3/min空氣中99%以上的二氧化碳達450小時。
此設備可在較小的封裝內一次過濾大量空氣,利用於燃料電池之際,將更有效且具成本效益。此外,內部短路膜的使用,將可藉此移除燃料電池堆經常使用的雙極板、集電體、電線等體積較大的部件。由於零件數量較少,能有助於降低成本並容易依市場需求擴大製品規模。
當擴大到汽車用規模時,設備的大小約為3.8公升。此外,由於是由氫能驅動,隨著氫經濟的發展,將可望應用於須以空氣再循環做為節能措施的飛機、建築物等用途。