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《北京大学和英国卡迪夫大学开发了生产氢气的新方法，可消除二氧化碳排放并生成乙酸》

  • 来源专题：先进材料
  • 编译者： 李丹
  • 发布时间：2025-02-21

  • 转自全球技术地图

    据Tech Xplore 2月13日消息，北京大学和英国卡迪夫大学的研究人员开发出了一种生产氢气的新方法，可以从源头消除二氧化碳的直接排放。该工艺使用新型双金属催化剂，在270°C的温度下将取自农业废弃物的富含氢且可持续来源的生物乙醇与水反应生成氢气，而不会释放二氧化碳作为副产品。同时该工艺会生成乙酸，这是一种用于食品保鲜、家用清洁产品、制造和医药的有机液体，全球每年的消费量超过1500万吨。项研究通过使用替代碳源取代制造化学品的化石原料，推动了化学工业的去石化。相关研究成果发表在《Science》期刊。

  • 原文来源：https://techxplore.com/news/2025-02-scientists-hydrogen-co8322-emissions-source.html
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  • 《工程师们开发了一种从空气中去除二氧化碳的新方法》
    • 来源专题：生物安全网络监测与评估
    • 编译者：yanyf@mail.las.ac.cn
    • 发布时间：2019-10-28
    • 从空气流中去除二氧化碳的新方法可以为对抗气候变化提供重要工具。新系统几乎可以在任何浓度下使用气体，甚至可以降低到目前大气中约百万分之400的水平。 从气流中去除二氧化碳的大多数方法都需要更高的浓度，例如从化石燃料发电厂的烟道气中发现的浓度。研究人员说，已经开发出了一些变种，它们可以与空气中的低浓度一起使用，但是这种新方法的能源消耗和成本大大降低。 麻省理工学院的博士后萨哈格·沃斯基安（Sahag Voskian）在其博士期间开发了这项技术，而T.艾伦·哈顿（T. Alan Hatton）拉尔夫·兰道（Ralph Landau）化学工程教授。 该设备本质上是大型专用电池，在充电时会从流过其电极的空气（或其他气流）中吸收二氧化碳，然后在放电时释放出气体。在操作中，该设备将简单地在充电和放电之间交替，在充电周期中将新鲜空气或原料气吹入系统，然后在放电过程中吹出纯净的浓缩二氧化碳。 随着电池充电，在电极堆叠中的每一个的表面处发生电化学反应。这些被涂有称为聚蒽醌的化合物，该化合物与碳纳米管复合。电极对二氧化碳具有天然的亲和力，即使在浓度很低的情况下也容易与气流或进料气中的分子发生反应。当电池放电时会发生逆反应-在此期间，设备可以提供整个系统所需的部分电能-并在此过程中喷射出纯二氧化碳流。整个系统在室温和正常气压下运行。 Voskian解释说：“与大多数其他碳捕获或碳吸收技术相比，该技术的最大优势在于吸附剂对二氧化碳的亲和力具有二元性质。”换句话说，取决于电池的充电或放电状态，电极材料的性质“具有高亲和力或没有亲和力”。用于碳捕获的其他反应需要中间化学处理步骤或大量能量（例如热量或压力差）的输入。 Voskian说：“这种二元亲和力可以捕获任何浓度的二氧化碳，包括百万分之400，并释放到任何载流中，包括100％CO2。”即，当任何气体流过这些扁平电化学电池的堆时，在释放步骤中，捕获的二氧化碳将随其携带。例如，如果所需的最终产品是用于饮料碳酸化的纯二氧化碳，则可以将纯气流吹过板。然后，捕获的气体从板中释放出来并加入气流。 在一些软饮料装瓶厂中，化石燃料被燃烧以产生二氧化碳，从而使饮料具有泡沫。同样，一些农民燃烧天然气产生二氧化碳，以供温室里的植物饲喂。 Voskian说，新系统可以消除在这些应用中对化石燃料的需求，并且在此过程中实际上是将温室气体排除在空气中。或者，可以将纯二氧化碳流压缩并注入地下进行长期处理，甚至可以通过一系列化学和电化学过程将其制成燃料。 他说，该系统用于捕获和释放二氧化碳的过程是“革命性的”。 “所有这些都是在环境条件下进行的-无需输入热，压力或化学药品。只是这些非常薄的薄片（两个表面都处于活动状态）可以堆叠在盒子中并连接到电源上。” 哈顿说：“在我的实验室中，我们一直在努力开发新技术，以解决一系列环境问题，从而避免了对热能源，系统压力的变化或添加化学药品的需求，从而完成了分离和释放周期。” “这种二氧化碳捕集技术清楚地展示了电化学方法的强大功能，这些方法只需要很小的电压波动即可驱动分离。” 在工作工厂中-例如在不断产生废气的发电厂中-可以并排设置两组这样的电化学电池堆以并行运行，首先将烟气引导至一套用于碳捕集，然后转移到第二套，而第一套进入其排放循环。 电极本身可以通过标准化学处理方法制造。 Voskian说，虽然今天是在实验室环境中完成的，但可以对其进行调整，以便最终可以通过类似于报纸印刷机的卷对卷制造工艺大量生产它们。他说：“我们已经开发出非常具有成本效益的技术。”他估计，这种材料的生产成本约为每平方米电极数十美元。 与其他现有的碳捕获技术相比，该系统具有很高的能源效率，始终如一地每捕获一吨二氧化碳使用约一千兆焦耳的能量。 Voskian说，其他现有方法的能源消耗每吨介于1到10吉焦耳之间，具体取决于进口二氧化碳的浓度。 他说，研究人员已经成立了一家名为Verdox的公司，以将该工艺商业化，并希望在未来几年内开发出中试规模的工厂。他说，该系统非常易于扩展：“如果需要更大的容量，则只需要制造更多的电极即可。”
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  • 《首创！将阳光和二氧化碳直接转化为可再生燃料》
    • 来源专题：能源情报网信息监测服务平台
    • 编译者：guokm
    • 发布时间：2023-08-09
    • 剑桥大学的研究人员开发出一种太阳能技术，可将二氧化碳和水转化为液体燃料，并将其作为即用型燃料直接添加到汽车发动机中。有关这一新技术的相关内容发表在了《自然能源》上。 研究人员利用光合作用，直接将二氧化碳、水和阳光转化为多碳燃料——乙醇和丙醇，此类燃料具有高能量密度，易于储存和运输。 与化石燃料相比，该太阳能燃料碳排放为零，且完全可再生;而同大多数生物乙醇相比，此类燃料也不会占用任何用于粮食生产的农业用地。 尽管该技术仍处于实验阶段，但研究人员表示，他们研发的“人造树叶”将成为化石能源经济体进行能源转型的重要一环。 生物乙醇由植物制成，不含化石燃料，因而备受追捧，被人们视为更清洁的汽油替代品。如今，道路上大多数汽车和卡车使用的汽油中乙醇含量高达10%(E10燃料)。 据美国农业部数据显示，美国作为世界上最大的生物乙醇生产国，其玉米种植总量中，近45%用于乙醇生产。 欧文·莱斯纳(Erwin Reisner)教授是该项研究的负责人，他指出：“像乙醇这样的生物燃料技术之所以引发争议，主要是因为其占用了农业用地。” 近年来，莱斯纳位于优素福·哈米德(Yusuf Hamied)化学部门的研究团队受光合作用(即植物将阳光转化为养料的过程)的启发，一直在利用“人造树叶”开发可持续的零碳排燃料。 迄今为止，这些“人造树叶”只能用于制造简单的化学物质，如合成气(一种氢气和一氧化碳的混合物，用于生产燃料、药品、塑料和化肥)。 但为了增强该技术的实用性，研究人员还需要在光照条件下，利用该技术直接生产出更为复杂的化学物质。 现在，“人造树叶”可用于直接生产清洁乙醇和丙醇，而无需生产合成气这一中间步骤。研究人员开发了一种铜钯催化剂，并对其进行优化，使人造树叶能够生产更复杂的化学物质，尤其是多碳醇乙醇和正丙醇。这两种醇都是高能量密度燃料，易于运输和储存。 此前，其他科学家已经通过电力生产出类似的化学物质，但“人造树叶”技术仅利用太阳能就能产出如此复杂的化学物质，这是界内一重大突破。 该论文第一作者莫迪亚尔·拉哈曼博士(Dr Motiar Rahaman)提供了更多细节：“将阳光照射在人造树叶上，随后从二氧化碳和水中获取液体燃料，这一化学反应令人惊叹。通常情况下，当你试图通过人造树叶设备将二氧化碳转化为另一种化学产品时，你总会得到一氧化碳或合成气。但现在，我们已经成功利用太阳能生产出一种实用液体燃料。这一突破振奋人心，它为我们接下来的工作开辟了全新路径。” 目前，该设备仅是一个概念的验证，其实际效率仍有待发掘。 研究人员正在努力优化光吸收剂，使其能更好地吸收太阳光，并优化催化剂，以将更多阳光转化为燃料。 此外，研究人员还需进一步增加设备，从而实现燃料的大批量生产。 莱斯纳表示：“尽管还有很多工作要做，但我们已经展示了这些人造树叶的能力。最重要的是我们想要借此证明——在能源转型的过程中，我们可以超越最简单的分子，直接制造出实用型化学产品。” 该项研究得到了欧盟委员会玛丽·斯克多夫斯卡·居里奖学金、剑桥信托基金和温顿可持续发展物理学项目的部分支持。
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