Как чистая электроэнергия может повысить ценность уловленного углерода

Группа исследователей из Инженерного университета Торонто (U of T) создала новый процесс преобразования углекислого газа (CO2), улавливаемого из дымовых труб, в коммерчески ценные продукты, такие как топливо и пластмассы.

"Улавливание углерода из дымовых газов технически осуществимо, но энергозатратно", - говорит профессор Тед Сарджент (ECE), который является вице-президентом U of T по исследованиям и инновациям. "Эта высокая стоимость энергии еще не преодолена убедительной рыночной ценностью, воплощенной в химическом продукте. Наш метод предлагает путь к модернизированным продуктам при одновременном значительном снижении общих энергозатрат на комбинированное улавливание и модернизацию, что делает процесс более экономически привлекательным".

Эффективное преобразования углекислого газа

Один из методов улавливания углерода из дымовых труб - единственный, который использовался на промышленных демонстрационных заводах - заключается в использовании жидкого раствора, содержащего вещества, называемые аминами. Когда дымовые газы пузырятся через эти растворы, CO2 внутри них соединяется с молекулами аминов, в результате чего получаются химические вещества, известные как аддукты.

Подписывайтесь на наш youtube канал!

Как правило, следующим шагом является нагрев аддуктов до температуры выше 150 С, чтобы высвободить газообразный CO2 и регенерировать амины. Высвобожденный газообразный CO2 затем сжимается, чтобы его можно было хранить. На эти два этапа, нагрев и сжатие, приходится до 90% затрат энергии на улавливание углерода.

Джонхуи Ли, кандидат наук в лаборатории Сарджента, выбрала другой путь. Вместо того, чтобы нагревать аминный раствор для регенерации CO2 газа, она использует электрохимию для преобразования улавливаемого в нем углерода непосредственно в более ценные продукты.

"В моих исследованиях я узнала, что если впрыскивать электроны в аддукты в растворе, то можно преобразовать уловленный углерод в моноксид углерода", - говорит Ли. "Этот продукт имеет множество потенциальных применений, и вы также исключаете затраты на нагрев и сжатие".

Сжатый CO2, улавливаемый из дымовых труб, имеет ограниченное применение: он обычно закачивается под землю для хранения или для повышения нефтеотдачи.

Окись углерода (CO), напротив, является одним из основных исходных материалов для хорошо налаженного процесса Фишера-Тропша. Этот промышленный метод широко используется для производства топлива и товарных химикатов, включая прекурсоры многих распространенных пластмасс.

Ли разработала устройство, известное как электролизер, для осуществления электрохимической реакции. Хотя она не первая, кто разработал такое устройство для рекуперации углерода, улавливаемого аминами, она говорит, что предыдущие системы имели недостатки, как с точки зрения их продукции, так и с точки зрения общей эффективности.

"Предыдущие электролитические системы генерировали чистый CO2, карбонат или другие соединения на основе углерода, которые не обладали таким же промышленным потенциалом, как CO", - говорит она. "Другая проблема заключается в том, что у них была низкая пропускная способность, что означало низкую скорость реакции".

В электролизере углеродосодержащий аддуктор должен диффундировать на поверхность металлического электрода, где может происходить реакция. Эксперименты Ли показали, что в ранних исследованиях химические свойства раствора препятствовали такой диффузии, что, в свою очередь, тормозило ее целевую реакцию.

Ли удалось преодолеть проблему, добавив к раствору общий химический препарат - хлористый калий (KCl). Несмотря на то, что он не участвует в реакции, присутствие KCl значительно ускоряет скорость диффузии.

В результате плотность тока - скорость, при которой электроны могут быть закачаны в электролизер и превращены в CO - может быть в 10 раз выше в конструкции Ли, чем в более ранних системах. Система описана в новой статье, опубликованной в журнале Nature Energy.

Система Ли также продемонстрировала высокую фарадаическую эффективность, термин, который относится к доле впрыскиваемых электронов, которые попадают в желаемый продукт. При плотности тока 50 миллиампер на квадратный сантиметр (мА/см2) фарадаическая эффективность была измерена на уровне 72%.

Хотя и плотность тока, и эффективность установили новые рекорды для данного типа систем, еще есть некоторое расстояние, на которое необходимо пройти, прежде чем его можно будет применить в коммерческом масштабе. опубликовано econet.ru по материалам techxplore.com

Подписывайтесь на наш канал Яндекс Дзен!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet