美国能源部对碳清除项目的35亿美元投资和范围内的类似举措正在迅速推进碳捕集技术，但在大规模部署之前仍存在重大障碍。
全都感受到了由稳步增长的碳排放所造成气候变化的有害影响。在公司和研究团体努力开发新技术以减少碳排放的同时，一些科学家将目光投向了净零排放的目标之外，积极减少大气中的二氧化碳数量，以实现超越零的未来。
这项技术被称为碳捕集，即二氧化碳的去除和随后的储存或转化。这是一个新兴的行业，也被称为直接空气除碳、碳利用、二氧化碳利用或碳技术。
美国能源部在今年5月宣布对直接空气碳清除项目投资35亿美元，以努力鼓励一个可能有助于控制地球变暖排放的行业。
直接空气除碳项目类似于巨大的真空吸尘器，从空气中捕捉二氧化碳并将其容纳起来。然后，这些项目使用化学品从空气中去除二氧化碳气体，并将其储存在地下岩石中，或将其用于各种材料，如混凝土或化工制品。
大自然在其森林、沼泽和海洋中自行清除大气中的二氧化碳。但是这个自然过程发生的速度太慢，远远跟不上全化石燃料的排放。
据悉，美国能源部的35亿美元项目由两党的基础设施法共同资助，目的是开发四个直接空气捕集中心，每个中心每年能够清除超过100万吨的二氧化碳。每年去除100万吨二氧化碳相当于让20万辆汽油动力汽车停止上路。
美国的这份努力在其他也在发生，这意味着该技术正在迅速发展。然而，根据东京都立大学近发表的一篇经同行评议的文章，在它能够被大规模部署之前，仍然存在巨大的障碍。
文章称，那里的研究人员开发了一种新的碳捕集系统，以 "前所未有的性能 "直接从大气中清除二氧化碳。在一个 "液-固相分离 "系统中的异佛尔酮二胺（IPDA）被发现能够以99%的效率去除大气中含有的低浓度的二氧化碳。文章说，这种化合物可重复使用，只需极少的加热，其速度至少是现有系统的两倍。
研究人员说，他们大的挑战是实现效率，特别是将大气中的空气直接处理到直接空气除碳（DAC）系统中。文章称，在这样的浓度下，二氧化碳与吸附剂的化学反应非常缓慢。还有一个困难是在更可持续的捕集和解吸循环中再次把二氧化碳弄出来，这本身就可能是非常耗能的。
二氧化碳是一种热稳定的分子，在动力学上也是惰性的，换句话说，需要大量的能量来激活二氧化碳分子，以形成所需产品的构建块。
目前用于实现这一目标的催化剂的稳定性和耐久性有限。为了在工业上可行，这些催化剂必须稳定数年，而不是像目前的技术那样几天或几周。
DAC技术的高能源需求导致每吨二氧化碳的运行成本约为200至600美元。加州大学河滨分校的研究人员说，DAC的成本需要低于每吨二氧化碳100美元，才具有经济上的可行性。
另一个挑战是，由于产量低，目前从碳捕集中获得的产品价值有限。大多数碳捕集和利用战略开始于将捕集的二氧化碳与来自水电解的可再生氢结合，制造甲醇和一氧化碳。然而，这种反应的一个特殊挑战是含有两个或更多碳原子的更有用的产品的产量低，如乙烯。乙烯被化学工业用作化学品、油漆、包装和燃料的主要组成部分。成功实施碳捕集和利用以生产高产量的乙烯和其他含有一个以上碳原子的产品将提高工业实施的可能性，并取代目前产生温室气体的工艺。