來自U T Engineering的研究人員團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建了一種新工藝，用于將從煙囪中捕獲的二氧化碳(CO 2)轉(zhuǎn)化為具有商業(yè)價(jià)值的產(chǎn)品，例如燃料和塑料。

T的研究與創(chuàng)新副校長(zhǎng)Ted Sargent教授(ECE)說：“從煙道氣中捕集碳在技術(shù)上是可行的，但在能源上卻耗費(fèi)巨資。” “高昂的能源成本尚未通過化學(xué)產(chǎn)品所具有的引人注目的市場(chǎng)價(jià)值來克服。我們的方法提供了升級(jí)產(chǎn)品的途徑，同時(shí)大大降低了聯(lián)合捕集和升級(jí)的總能源成本，使該工藝在經(jīng)濟(jì)上更具吸引力。”

一種用于從煙囪中捕集碳的技術(shù)(在商業(yè)規(guī)模的示范工廠中已被使用的唯一技術(shù))是使用一種包含稱為胺的物質(zhì)的液體溶液。當(dāng)煙氣通過這些溶液鼓泡時(shí)，其中的CO 2與胺分子結(jié)合，形成稱為加合物的化學(xué)物質(zhì)。

通常，下一步是將加合物加熱到高于150℃的溫度，以釋放CO 2氣體并再生胺。然后將釋放的CO 2氣體壓縮，以便將其存儲(chǔ)。這兩個(gè)步驟(加熱和壓縮)最多占碳捕集能源成本的90%。

李健熙博士 薩金特實(shí)驗(yàn)室的候選人尋求另一條路。她沒有使用胺溶液加熱來再生CO 2氣體，而是使用電化學(xué)將捕獲在其中的碳直接轉(zhuǎn)化為更有價(jià)值的產(chǎn)品。

“我在研究中了解到，如果將電子注入溶液中的加合物，則可以將捕獲的碳轉(zhuǎn)化為一氧化碳，” Lee說。“該產(chǎn)品具有許多潛在用途，并且您還消除了加熱和壓縮的成本。”

從煙囪中回收的壓縮CO 2的應(yīng)用范圍很有限：通常將其注入地下進(jìn)行存儲(chǔ)或提高石油采收率。

相比之下，一氧化碳(CO)是成熟的費(fèi)托工藝的關(guān)鍵原料之一。這項(xiàng)工業(yè)技術(shù)被廣泛用于制造燃料和日用化學(xué)品，包括許多常見塑料的前體。

Lee開發(fā)了一種稱為電解器的裝置來進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)。雖然她不是第一個(gè)設(shè)計(jì)這樣的設(shè)備來回收通過胺捕獲的碳的設(shè)備，但她說，以前的系統(tǒng)在產(chǎn)品和整體效率方面都有缺點(diǎn)。

她說：“以前的電解系統(tǒng)產(chǎn)生的純CO 2，碳酸鹽或其他碳基化合物的工業(yè)潛力不及一氧化碳。” “另一個(gè)挑戰(zhàn)是它們的通量低，這意味著反應(yīng)速率低。”

在電解器中，含碳的加合物必須擴(kuò)散到金屬電極的表面上，在金屬表面上可以發(fā)生反應(yīng)。Lee的實(shí)驗(yàn)表明，在她的早期研究中，溶液的化學(xué)性質(zhì)阻礙了這種擴(kuò)散，進(jìn)而抑制了目標(biāo)反應(yīng)。

Lee通過向溶液中添加常見的化學(xué)物質(zhì)氯化鉀(KCl)來解決了這個(gè)問題。盡管它不參與反應(yīng)，但氯化鉀的存在大大加快了擴(kuò)散速度。

結(jié)果是，Lee的設(shè)計(jì)中的電流密度(電子可以被泵送到電解器中并變成CO的速率)比以前的系統(tǒng)高10倍。今天在Nature Energy上發(fā)表的一篇新論文中描述了該系統(tǒng)。

Lee的系統(tǒng)還顯示出很高的法拉第效率，該術(shù)語是指最終在所需產(chǎn)品中注入的電子所占的比例。在每平方厘米50毫安(mA / cm 2)的電流密度下，法拉第效率測(cè)得為72%。

盡管當(dāng)前的密度和效率都為這種類型的系統(tǒng)創(chuàng)造了新的記錄，但是要在商業(yè)規(guī)模上應(yīng)用它，仍然還有一段距離。