在谈论如何消除车辆的二氧化碳（CO2）排放时，人们通常关注电动汽车、卡车和公共汽车。然而，负责3%所有CO2排放的货船和油轮却很少被提及。
现在，西北大学的研究团队提供了一种实用的方法，使船舶实现CO2中和，甚至CO2负排放，采用捕集CO2的固体氧化物燃料电池。在“燃烧”传统碳基燃料后，燃料电池生成浓缩的CO2，可以在船上储存。随后，这些CO2可以被封存或回收成可再生的碳氢燃料。
该团队在《ACS能源快报》上发表了题为“利用船上CO2捕集的车辆的可行性”的分析。论文中，团队考察了各种因素，包括燃料储存容量和不同车辆类别的质量要求，从轻型乘用车到油轮，并将船上CO2捕集与电池电动和氢燃料电池选项进行了比较。
“人们可能更难将船上CO2捕集视为对气候友好的方法，因为它使用传统的碳基燃料，”西北大学的Scott A. Barnett教授说，他是该研究的高级作者。“人们倾向于认为氢燃料电池和电动汽车更具气候友好性。实际上，它们往往并非如此。电力可能来自燃烧煤炭，而氢气通常是通过天然气生产的，这个过程会产生大量CO2。”
作为固体氧化物燃料电池的专家，Barnett是西北大学麦考密克工程学院的材料科学与工程教授。他与其研究小组的博士候选人Travis Schmauss共同撰写了这篇论文。
船舶每年产生约一千万吨CO2，每天消耗多达250吨燃料。虽然用电池替代这大量燃料似乎很诱人，但这根本不是一个可行的选项。
“某些油轮需要足够的燃料来环绕地球进行常规多次航行，”Barnett说。“我们计算出，长途油轮的电池组将占用比船舶储存容量更大的空间。氢燃料罐也会太大。对于长途车辆来说，碳基燃料结合船上CO2捕集无疑是使这些车辆实现CO2中和的最佳方式。”
该提议的方法对于短途车辆也有潜在优势。然而，电池电动和氢燃料电池已经在这些车辆类型中实施，因此研究人员建议实施CO2中和的续航扩展器。
为了在船上储存CO2，Barnett的团队提出了一种正在申请专利的双腔储存罐。一个腔室储存碳基燃料。在燃料通过燃料电池产生能量后，CO2副产品被加压并引入第二个腔室。腔室之间的隔板可以移动——随着燃料的使用，缩小燃料腔室，为CO2在另一个腔室中腾出空间。
“固体氧化物燃料电池至关重要，因为它用纯氧燃烧燃料，产生可储存的浓缩CO2产品，”Schmauss说。“如果我们只是用空气燃烧燃料，它会被氮气严重稀释，产生过多的气体无法储存。当浓缩的CO2被压缩时，它可以储存在与燃料所需体积相差不大的空间中，从而节省空间。”
“这项技术实际上没有任何主要障碍，”Barnett补充道。“你只需用双腔罐替换燃料罐，并添加CO2压缩机。当然，最终必须开发基础设施以卸载CO2，并将其封存或利用。”
在这种情况下，研究人员表示，有可能使长途车辆实现CO2负排放。这是可能的，因为生物燃料（如乙醇）所用的植物已经从大气中消耗了CO2。然后，在车辆使用燃料后，捕集的CO2被移除并封存于地下或用于生产可再生燃料。如果车辆使用化石燃料而不是生物燃料，则结果的整体循环更接近于净零排放。