直接空气捕获（DAC）的实际成本是多少？又需要多少能源？
最大的不确定性在于成本。目前，直接空气捕获（DAC）系统的成本为每吨二氧化碳300至1000美元[10]，比实现广泛经济可行性所需的每吨100美元目标高出2至6倍[2]。即便按照大规模部署（累计年产能达10亿吨）的乐观预测，液体溶剂系统的成本仍为每吨226至544美元，固体吸附剂系统为每吨281至579美元，而基于风化作用的新方法则为每吨230至835美元[4]——均远高于100美元。
能源需求是另一个巨大的未知数。直接空气捕获每捕集一吨二氧化碳需要1500至2400千瓦时的能量[10]，而能量的来源会显著影响成本和净气候效益。如果能量来自化石燃料，该过程甚至可能无法实现负碳排放。海上直接空气捕获可以利用丰富的可再生能源，但面临额外的能量损耗：根据技术不同，在捕集前从海洋空气中去除盐分可能会使风机能耗增加每吨38至194千瓦时[1]。
这些成本和能耗数据存在较大的置信区间，因为直接空气捕获（DAC）仍是一项尚未商业化的技术。[4]中的预测是概率性的，这意味着它们反映的是一系列可能的结果，而非单一的预测。关键在于：目前尚无人知晓DAC能否达到大规模部署所需的成本与效率目标。
哪些材料与工艺最适合大规模应用？
关于最佳捕获材料或工艺尚未达成共识。金属有机框架（MOFs）和胺功能化聚合物等固体吸附剂虽展现出潜力，但仍面临重大挑战：空气中的水分会干扰捕获过程，且材料会随时间降解[10]。使用氨基酸盐（如甘氨酸钾）的液体溶剂在实验室测试中表现稳定，但需进一步验证[5]。电化学法和膜分离法成熟度更低，且面临氧敏感性和选择性差等问题[9]。
一个关键的不确定性在于这些材料在实际环境中的表现。大多数实验室研究使用的是理想化的干燥空气，但真实空气中含有水蒸气、污染物，以及在沿海或近海环境中存在的盐颗粒，这些物质可能会使吸附剂失效[1]。Open DAC 2023数据集[7]指出，此前对金属有机框架（MOFs）的计算机筛选忽略了水的吸附和材料变形问题，而量子化学计算表明这些因素至关重要。这意味着许多在计算机模拟中表现优异的材料在实际应用中可能无法奏效。
从固体吸附剂到液体溶剂再到电化学电池，方法的多样性本身就反映了不确定性。目前尚无单一技术明显胜出，该领域仍处于“什么都试试”的阶段[8][10]。
直接空气碳捕集能否实现年捕集数十亿吨，又该由谁来买单？
将DAC技术扩展到气候相关规模（每年数十亿吨）面临巨大的不确定性。一项建模研究发现，尽管DAC可能成为2100年部署最广泛的碳去除技术——中位数达到每年67亿吨——但可能的结果范围极为宽泛（每年40亿至87亿吨），这主要取决于未来的可再生能源产能和地质封存注入速率[6]。另一项采用全局敏感性分析的研究发现，DAC部署呈现“肥尾”分布：大多数情景显示其应用规模有限，但存在较小概率（4%–6%）在本世纪中叶达到十亿吨级规模[3]。
政策和资金需求惊人。要达到十亿吨级规模，补贴需超过每吨二氧化碳200至330美元，并持续数十年，公共支持总额将达9000亿至3万亿美元[3]。即便如此，这项投资只有在强有力的减排政策配合下才能产生回报。目前全球直接空气捕获（DAC）产能仅为每年约0.01百万吨[2]——与可能的需求相比，相差十万倍。
选址也至关重要。直接空气捕集（DAC）设施需要靠近低碳能源、二氧化碳封存或利用场地，并具备有利的气候条件[9]。海上选址虽能靠近风能/太阳能资源及封存场所，但会增加工程复杂性和成本[1]。这些因素的相互作用意味着，不同地区的最优DAC策略将有所差异，且不存在绝对最优的单一部署路径。
关于这些来源
该答案基于10篇经同行评审的研究构建而成——发表于2022年至2026年间，其中8篇来自2024年及以后，6篇发表于Q1期刊，累计被引用613次——这些研究是从11篇通过质量筛选的文献中选出的最具相关性的成果，而该11篇文献又源自从超过5亿篇论文数据库中检索到的64篇论文。
本文引用的文献
海上直接空气捕集装置海洋化改造的设计考量
海上直接空气捕集面临额外的能源损耗：根据捕集技术的不同，去除海洋空气中的盐分可能导致每吨二氧化碳的风机能耗增加38至194千瓦时。
直接空气捕获技术的现状与支柱
当前直接空气捕集（DAC）的成本是每吨100美元目标的2至6倍；全球仅有19座相关设施，每年捕集约0.01兆吨二氧化碳。
扩大直接空气捕获的不确定政策代价
将DAC技术扩展到十亿吨级别，需要持续数十年的补贴，每吨二氧化碳补贴超过200至330美元，总补贴金额高达9000亿至3万亿美元；到本世纪中叶达到十亿吨规模的可能性仅为4%至6%。
考虑技术特性以预测直接空气捕获的未来成本
在年捕集能力为10亿吨二氧化碳（1 GtCO₂/年）的规模下，概率成本预测为：液体溶剂法每吨二氧化碳226–544美元，固体吸附剂法每吨281–579美元，氧化钙（CaO）环境风化DACCS法每吨230–835美元。
使用绿色氨基酸盐直接捕获空气中的二氧化碳
甘氨酸钾（GlyK）氨基酸盐在中空纤维膜接触器中展现出稳定的DAC性能；真空低温解吸效果显著。
二氧化碳清除组合中的深度不确定性
到2100年，DAC可能成为部署最广泛的CDR技术（中位数6.7 GtCO₂/年），但其部署规模范围较广（4–8.7 GtCO₂/年），具体取决于可再生能源和封存注入速率。
Open DAC 2023数据集与直接空气捕获中吸附剂发现的挑战
先前针对MOFs用于直接空气捕集的计算筛选忽略了水吸附和材料变形；量子化学计算表明，这些因素至关重要。
回顾直接空气捕获初创企业与新兴技术
目前已有超过50家直接空气碳捕集（DAC）初创公司，采用多种技术（固态碱金属碳酸盐、胺基吸附剂、物理吸附剂、离子交换树脂、电化学方法），尚未出现明确的领先者。
直接空气捕集技术的进展与挑战：能源强度、新型方法、经济性及选址策略
DAC部署的主要障碍包括高能耗、高成本，以及受地点制约的因素，如能源供应、二氧化碳封存能力和气候条件。
用于直接空气捕获二氧化碳的纳米材料：当前技术现状、挑战与未来展望
当前DAC成本为300–1,000美元/吨CO₂，能耗为1,500–2,400千瓦时/吨CO₂；尚无单一最优材料——需要采取组合策略。