清潔電力如何提高捕獲的碳的價值

來自U T Engineering的研究人員團隊創建了一種新工藝，用于將從煙囪中捕獲的二氧化碳(CO 2)轉化為具有商業價值的產品，例如燃料和塑料。

T的研究與創新副校長Ted Sargent教授(ECE)說：“從煙道氣中捕集碳在技術上是可行的，但在能源上卻耗費巨資。” “高昂的能源成本尚未通過化學產品所具有的引人注目的市場價值來克服。我們的方法提供了升級產品的途徑，同時大大降低了聯合捕集和升級的總能源成本，使該工藝在經濟上更具吸引力。”

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

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。這兩個步驟(加熱和壓縮)最多占碳捕集能源成本的90%。

李健熙博士 薩金特實驗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，而是使用電化學將捕獲在其中的碳直接轉化為更有價值的產品。

“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化為一氧化碳，” Lee說。“該產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的應用范圍很有限：通常將其注入地下進行存儲或提高石油采收率。

相比之下，一氧化碳(CO)是成熟的費托工藝的關鍵原料之一。這項工業技術被廣泛用于制造燃料和日用化學品，包括許多常見塑料的前體。

Lee開發了一種稱為電解器的裝置來進行電化學反應。雖然她不是第一個設計這樣的設備來回收通過胺捕獲的碳的設備，但她說，以前的系統在產品和整體效率方面都有缺點。

她說：“以前的電解系統產生的純CO 2，碳酸鹽或其他碳基化合物的工業潛力不及一氧化碳。” “另一個挑戰是它們的通量低，這意味著反應速率低。”

在電解器中，含碳的加合物必須擴散到金屬電極的表面上，在金屬表面上可以發生反應。Lee的實驗表明，在她的早期研究中，溶液的化學性質阻礙了這種擴散，進而抑制了目標反應。

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

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

Lee的系統還顯示出很高的法拉第效率，該術語是指最終在所需產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，法拉第效率測得為72%。

盡管當前的密度和效率都為這種類型的系統創造了新的記錄，但是要在商業規模上應用它，仍然還有一段距離。