新方法可以使捕获的碳的再利用更加便宜能源密集度更低

佐治亚理工学院的工程师设计了一种工艺，可以将从空气中去除的二氧化碳转化为可用于生产新塑料、化学品或燃料的有用原材料。

他们的方法极大地降低了这些直接空气捕获(DAC)系统所需的成本和能源，有助于提高研究人员所说的对于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设计，可以轻松集成到现有的DAC系统中，以产生有用的一氧化碳(CO)气体。首席研究员MartaHatzell和她的团队表示，这是科学文献中描述的最有效的此类设计之一。他们已在《能源与环境科学》上发表了详细信息。

乔治·W·布什大学副教授哈泽尔说：“我团队的所有研究项目都集中在脱碳上，我因为气候变化而关心脱碳，但这个项目尤其有机会产生影响并更快地走向商业化。”伍德拉夫机械工程学院和化学与生物分子工程学院。“这就是为什么发布我们的工作很重要，有助于将这项技术推向现实世界。”

通常，DAC过程涉及使用某种想要捕获CO2分子的化学品或材料从空气中提取二氧化碳。为了释放捕获的碳——例如将其储存在地下，或对其进行加工以进行生产性再利用——需要大量的能源和复杂、昂贵的系统。在此过程中，这些系统通常会损失一些CO2，​​通常只使用从空气中去除的碳的一半或更少。

Hatzell的团队致力于改进一种方法，该方法使用一种称为KOH的液体碱性溶液来捕获DAC系统中的碳。KOH将气体CO2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、能源密集的步骤。

研究人员与韩国科学技术院JihunOh的实验室合作，创造了一种新型镍基催化剂，并将其与双极性膜电极组件配对。他们的装置利用电力从催化剂旁边的碳酸氢盐中提取CO2，​​然后将其转化为一氧化碳气体。

这就是Hatzell、博士后学者HakhyeonSong和博士设计的系统的秘密武器。学生CarlosFernández和Po-WeiHuang：它将两个步骤合二为一。

“我们将CO2捕获到碳酸盐中，这是一个自发过程，不需要太多能量。而且我们正在摆脱解吸过程和所有能量消耗，”费尔南德斯说。“我们在捕获过程中节省了约90%的能源，以及约50%的资本成本。”

Song表示，他们的装置在利用反应器中移动的所有CO2方面也非常有效。这比在整个分离过程中将二氧化碳保持为气体的系统要好得多。

“我们的效率提高了一倍。我们的CO2利用率几乎为70%，但气相系统为35%，”宋说。“理论上，基于气体的系统中CO2利用率为50%。但在我们的案例中，我们的最大效率为100%。”

另一个重要进展是，该团队的催化剂在酸性环境中运行良好，这是使用双极膜的现有系统的限制。当装有催化剂的反应器层变成酸性时，会发生另一种称为析氢反应的化学过程，该过程与将CO2还原为CO的反应竞争。新型镍基催化剂可抑制这种干扰。

从空气中净化的CO2生产一氧化碳是一个复杂、密集的过程。但如果经济地进行，所得原材料可以与现有的化学工艺联系起来并转化为新的有用产品。

建立这些联系是团队的下一步任务。一氧化碳可以成为塑料、乙烯等重要工业化学品的基础，有一天甚至可能成为喷气燃料的基础。

“这就是我们选择二氧化碳的原因，”费尔南德斯说。“其他产品更难制造，而二氧化碳是任何碳化学品的良好基础。通过热化学过程，你可以将二氧化碳转化为几乎任何东西。”