U of T Engineering的一个研究小组开发了一种新的电化学途径，将二氧化碳转化为有价值的产品，如喷气燃料或塑料。该技术可以显着提高直接从空气中捕获和回收碳的经济性。
“今天，技术上可以从空气中捕获二氧化碳，并通过一系列步骤将其转化为商业产品，”负责研究团队的Ted Sargent教授说。 “挑战在于需要投入大量精力，这会增加成本并降低激励。我们的战略是通过避免一些能源密集型损失来提高整体能源效率。”
直接空气碳捕获是一种新兴技术，公司的目标是用已经存在于大气中的碳而不是化石燃料来生产燃料或塑料。加拿大公司Carbon Engineering在宾夕法尼亚州斯阔米什建立了一个试验工厂，通过强制空气通过碱性液体溶液捕获二氧化碳。二氧化碳溶解在液体中，形成一种叫做碳酸盐的物质。
为了完全再循环，溶解的碳酸盐通常转变为CO2气体，然后转化为化学结构单元，形成燃料和塑料的基础。一种方法是添加将碳酸盐转化为固体盐的化学品。然后将该盐粉在高于900℃的温度下加热以产生可以进一步转化的CO 2气体。这种加热所需的能量增加了所得产品的成本。
U工程团队的另一种方法是使用电解槽，这是一种利用电力驱动化学反应的装置。以前使用电解槽从水中生产氢气，他们意识到它们也可以用来将溶解的碳酸盐直接转化为CO2，完全省略中间加热步骤。
“我们使用双极膜，一种新的电解槽设计，非常适合产生质子，”Geonhui Lee说，他和博士后Y. Chris Li是ACS Energy Letters新论文的主要作者之一，该论文描述了这种技术。 “这些质子正是我们将碳酸盐转化为二氧化碳气体所需要的。”
他们的电解槽还含有一种银基催化剂，可立即将生成的二氧化碳转化为称为合成气的气体混合物。合成气是成熟的Fischer-Tropsch工艺的常用化学原料，可以很容易地变成各种各样的产品，包括喷气燃料和塑料前体。
“这是第一个可以一步完成从碳酸盐到合成气的已知过程，”萨金特说。
虽然已经使用许多类型的电解槽将二氧化碳转化为化学结构单元，但它们都不能有效地处理碳酸盐。此外，溶解在液体中的CO 2如此容易变成碳酸盐的事实是现有技术的主要问题。
“一旦二氧化碳变成碳酸盐，传统电解槽就无法进入，”李说。 “这就是为什么它们产量低，效率低的部分原因。我们的系统独特之处在于它实现了100％的碳利用率：不会浪费碳。它还可以在出口处生成合成气作为单一产品，从而最大限度地降低产品成本纯化。”
在实验室中，该团队展示了将碳酸盐转化为合成气的能力，总能效为35％，电解槽在运行6天以上时保持稳定。
萨金特说，需要做更多工作才能将工艺扩大到工业应用所需的水平，但概念验证研究证明了直接空气碳捕获和利用的可行替代途径。
“这对于回答是否有可能以商业上引人注目的方式使用空气捕获的二氧化碳的问题还有很长的路要走，”他说。 “这是关闭碳循环的关键一步。”
——文章发布于2019年5月29日
