论文标题：Hybrid Energy-Powered Electrochemical Direct Ocean Capture Model

论文链接：https://www.mdpi.com/2571-8797/7/3/52

期刊名：Clean Technologies

期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/cleantechnol

尽管电池技术不断进步，碳基液体燃料在未来仍将是关键储能载体。利用以CO₂为原料的催化加氢可合成甲醇并进一步生产石化产品。直接海洋捕集（DOC）通过电渗析（ED）将海水酸化后真空提取CO₂，再碱化排放，实现燃料合成或地质封存，具备吉吨级年捕集潜力。目前中试规模已达百至千吨/年，企业正规划万吨级商业装置。然而DOC电化学系统能耗远高于泵类，需要模型评估部署地可再生能源的可用性及其对年捕集量和成本的影响，并研究在电力波动时利用化学储罐预产酸碱以持续捕集。现有研究多假设恒定电源，缺乏针对可变可再生电源的开源模型，本研究即旨在开发并开源一个ED-DOC模型，结合NREL H2Integrate工具，用真实混合可再生电力曲线评估DOC在特定海域的运行表现。

图1 利用从海水中制取的酸和碱来捕集海洋中 CO₂ 的简化 DOC 流程

本文作者构建了一个开源的 Python 时序模型，耦合电化学、海水碳酸盐化学、泵与真空能耗、CO₂ 后处理（提纯+压缩）四大模块，以 1 h 为步长模拟年运行。模型以 1 MtCO₂/yr 商业规模 DOC 厂为例，采用 10 组可启停的离散电渗析（ED）单元（总计 240 MW）和 12 h 化学品（酸/碱）储罐；通过 4 种启发式运行情景（优先产液、优先捕集、储液补能、仅充罐）应对波动电力。可再生电源场景由 NREL 的 H2Integrate 工具生成，包括固定或浮式海上风电、点吸收式波浪能转换器及电池储能，并以德州和俄勒冈外海为实际案例。模型参数依据公开文献与产业伙伴验证，采用文献值或线性化假设简化泵、真空及 CO₂ 后处理能耗计算，并通过与产业数据对比显示最大误差 <5%。

研究结论表明所构建的开源电渗析-直接海洋捕集（ED-DOC）模型成功耦合了电化学、海水碳酸盐化学与热力学，并在 NREL-H2I 框架内验证了其在波动可再生电力场景下的可靠性；ED 单元数量越多、最低运行功率越低，年 CO₂ 捕集量越高，对化学储罐的依赖越小；德州风-储案例年捕集 496 ktCO₂，俄勒冈风-浪-储案例年捕集 686 ktCO₂，显示多元可再生资源可显著提升捕集效率；模型为可再生电力驱动的大规模 DOC 项目提供了选址、容量配置及运行策略优化工具，后续需进一步补充成本评估、实验验证与环境影响分析。