佐治亚理工学院的工程师们设计了一种工艺，可以将从空气中去除的二氧化碳转化为有用的原材料，这些原材料可以用于制造新的塑料、化学品或燃料。
他们的方法大大降低了这些直接空气捕获(DAC)系统所需的成本和能源，帮助提高了研究人员所说的对解决气候变化至关重要的过程的经济性。
关键是一种新型催化剂和电化学反应器的设计，可以很容易地集成到现有的DAC系统中，以产生有用的一氧化碳(CO)气体。据首席研究员玛尔塔·哈泽尔和她的团队称，这是科学文献中描述的最有效的设计之一。他们在《能源与环境科学》杂志上发表了详细的研究成果。
“我团队的所有研究项目都集中在脱碳上，因为气候变化，我很关心这一点，但这个项目特别有机会产生影响，并更快地走向商业化，”乔治·w·伍德拉夫机械工程学院和化学与生物分子工程学院的副教授Hatzell说。“这就是为什么发表我们的研究成果很重要，有助于将这项技术推向现实世界。”
通常，DAC过程包括使用某种化学物质或材料从空气中提取二氧化碳，这些化学物质或材料想要抓住二氧化碳分子。释放捕获的碳——例如，将其储存在地下，或对其进行处理以进行生产性再利用——需要大量的能源和复杂而昂贵的系统。在此过程中，这些系统通常会损失一些二氧化碳，通常只使用它们从空气中去除的碳的一半或更少。
Hatzell的团队正致力于改进一种方法，即使用一种叫做KOH的液体碱性溶液来捕获DAC系统中的碳。KOH将二氧化碳气体转化为碳酸氢盐，最终必须再次分离。
佐治亚理工学院的设计完全避免了这一昂贵且能源密集的步骤。
与Jihun Oh在韩国先进科学技术研究所的实验室合作，研究人员创造了一种新的镍基催化剂，并将其与双极膜电极组件配对。他们的装置利用电力从催化剂旁边的碳酸氢盐中提取二氧化碳，然后将其转化为一氧化碳气体。
这就是Hatzell、博士后学者Hakhyeon Song、博士生Carlos Fernández和Po-Wei Huang设计的系统的秘密武器:它将两个步骤合并为一个步骤。
“我们将二氧化碳捕获成碳酸盐，这是一个自发的过程，不需要太多的能量。我们正在摆脱解吸过程和所有的能量消耗，”Fernández说。“我们在捕集过程中节省了大约90%的能源，节省了大约50%的资本成本。”
宋说，他们的装置在利用通过反应器的所有二氧化碳方面也非常有效。这比在整个分离过程中保持二氧化碳作为气体的系统要好得多。
“我们的效率是原来的两倍。我们的二氧化碳利用效率接近70%，但气相系统的利用率为35%。”“理论上，基于天然气的系统的最大二氧化碳利用率为50%。但在我们的情况下，我们的最高效率是100%。”
另一个重要的进展是，该团队的催化剂在酸性环境中工作良好，这是现有双极膜系统的局限性。当带有催化剂的反应器层变成酸性时，另一种称为析氢反应的化学过程就会发生，它与将二氧化碳还原为CO的反应相竞争。新的镍基催化剂抑制了这种干扰。
从空气中除去的二氧化碳中产生一氧化碳是一个复杂而密集的过程。但如果经济可行，由此产生的原材料可以与现有的化学工艺相结合，并转化为新的有用产品。
建立这些联系是团队的下一个任务。二氧化碳可以成为塑料、乙烯等重要工业化学品的基础，甚至有一天可能成为喷气燃料的基础。
“这就是我们选择CO的原因，”Fernández表示。“其他产品更难制造，而CO是任何碳化学物质的良好碱。你可以通过热化学过程将CO转化为几乎任何东西。”
更多信息:Hakhyeon Song等，通过双极膜电解碳酸氢盐的碳捕获和CO生产，能源与环境科学(2024)。引文:新方法可以使重新利用捕获的碳更便宜，更节能(2024,4月26日)检索自https://techxplore.com/news/2024-04-approach-reusing-captured-carbon-cheaper.html此文档受版权保护。除为私人学习或研究目的而进行的任何公平交易外，未经书面许可，不得转载任何部分。内容仅供参考之用。
