清洁电力如何提高捕获的碳的价值

来自U T Engineering的研究人员团队创建了一种新工艺，用于将从烟囱中捕获的二氧化碳(CO 2)转化为具有商业价值的产品，例如燃料和塑料。

T的研究与创新副校长Ted Sargent教授(ECE)说：“从烟道气中捕集碳在技术上是可行的，但在能源上却耗费巨资。” “高昂的能源成本尚未通过化学产品所具有的引人注目的市场价值来克服。我们的方法提供了升级产品的途径，同时大大降低了联合捕集和升级的总能源成本，使该工艺在经济上更具吸引力。”

一种用于从烟囱中捕集碳的技术(在商业规模的示范工厂中已被使用的唯一技术)是使用一种包含称为胺的物质的液体溶液。当烟气通过这些溶液鼓泡时，其中的CO 2与胺分子结合，形成称为加合物的化学物质。

通常，下一步是将加合物加热到高于150℃的温度，以释放CO 2气体并再生胺。然后将释放的CO 2气体压缩，以便将其存储。这两个步骤(加热和压缩)最多占碳捕集能源成本的90%。

李健熙博士 萨金特实验室的候选人寻求另一条路。她没有使用胺溶液加热来再生CO 2气体，而是使用电化学将捕获在其中的碳直接转化为更有价值的产品。

“我在研究中了解到，如果将电子注入溶液中的加合物，则可以将捕获的碳转化为一氧化碳，” Lee说。“该产品具有许多潜在用途，并且您还消除了加热和压缩的成本。”

从烟囱中回收的压缩CO 2的应用范围很有限：通常将其注入地下进行存储或提高石油采收率。

相比之下，一氧化碳(CO)是成熟的费托工艺的关键原料之一。这项工业技术被广泛用于制造燃料和日用化学品，包括许多常见塑料的前体。

Lee开发了一种称为电解器的装置来进行电化学反应。虽然她不是第一个设计这样的设备来回收通过胺捕获的碳的设备，但她说，以前的系统在产品和整体效率方面都有缺点。

她说：“以前的电解系统产生的纯CO 2，碳酸盐或其他碳基化合物的工业潜力不及一氧化碳。” “另一个挑战是它们的通量低，这意味着反应速率低。”

在电解器中，含碳的加合物必须扩散到金属电极的表面上，在金属表面上可以发生反应。Lee的实验表明，在她的早期研究中，溶液的化学性质阻碍了这种扩散，进而抑制了目标反应。

Lee通过向溶液中添加常见的化学物质氯化钾(KCl)来解决了这个问题。尽管它不参与反应，但氯化钾的存在大大加快了扩散速度。

结果是，Lee的设计中的电流密度(电子可以被泵送到电解器中并变成CO的速率)比以前的系统高10倍。今天在Nature Energy上发表的一篇新论文中描述了该系统。

Lee的系统还显示出很高的法拉第效率，该术语是指最终在所需产品中注入的电子所占的比例。在每平方厘米50毫安(mA / cm 2)的电流密度下，法拉第效率测得为72%。

尽管当前的密度和效率都为这种类型的系统创造了新的记录，但是要在商业规模上应用它，仍然还有一段距离。