Команда исследователей из U of T Engineering создала новый процесс преобразования углекислого газа (CO2),

улавливаемого из дымовых труб, в коммерчески ценные продукты, такие как топливо и пластмассы.

Тайлер Ирвинг, Университет Торонто

Предоставлено: Университет Торонто.

«Улавливание углерода из дымовых газов технически возможно, но требует больших затрат энергии», - 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 стоимостью, воплощенной в химическом продукте. Наш метод предлагает путь к усовершенствованным продуктам, при одновременном значительном снижении общих затрат энергии на комбинированное улавливание и обновление, что делает процесс более экономически привлекательным».

Один из методов улавливания углерода из дымовых труб, который использовался на промышленных демонстрационных предприятиях - заключается в использовании жидкого раствора, содержащего вещества, называемые аминами. Когда дымовой газ барботируется через эти растворы, CO 2 в нем соединяется с молекулами амина, образуя химические соединения, известные как аддукты.

Обычно следующим шагом является нагревание аддуктов до температур выше 150 ° C для высвобождения газообразного CO 2 и регенерации аминов. Затем выделившийся газ CO 2 сжимается, чтобы его можно было хранить. На эти два этапа, нагрев и сжатие, приходится до 90% затрат энергии на улавливание углерода.

Геонху Ли, доктор философии. кандидат в лабораторию Сарджента пошел другим путем. Вместо нагревания раствора амина для регенерации газообразного CO 2 она использует электрохимию для преобразования захваченного в нем углерода непосредственно в более ценные продукты.

«В ходе своих исследований я узнал, что если вы вводите электроны в аддукты в растворе, вы можете преобразовать захваченный углерод в монооксид углерода» , - говорит Ли. «Этот продукт имеет множество потенциальных применений, и вы также избавляетесь от затрат на нагрев и сжатие».

Сжатый CO 2, извлеченный из дымовых труб, имеет ограниченное применение: его обычно закачивают под землю для хранения или для увеличения нефтеотдачи. В отличие от этого, оксид углерода (CO) является одним из ключевых сырьевых материалов для хорошо зарекомендовавшего себя процесса Фишера-Тропша. Этот промышленный метод широко используется для производства топлива и товарных химикатов, включая прекурсоры многих обычных пластмасс.

Ли разработала устройство, известное как электролизер, для проведения электрохимической реакции. Хотя она не первая, кто разработал такое устройство для извлечения углерода, захваченного 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 CO 2 , карбонат или другие соединения на основе углерода, которые не обладают таким же промышленным потенциалом, как CO», - говорит она. «Другая проблема заключается в том, что у них низкая пропускная способность, а это означает, что скорость реакции низкая».

В электролизере углеродсодержащий аддукт должен диффундировать к поверхности металлического электрода, где может происходить реакция. Эксперименты Ли показали, что в ее ранних исследованиях химические свойства раствора препятствовали этой диффузии, что, в свою очередь, ингибировало ее целевую реакцию.

Ли смогла решить эту проблему, добавив в раствор обычное химическое вещество - хлорид калия (KCl). Хотя он не участвует в реакции, присутствие KCl значительно ускоряет скорость диффузии.

В результате плотность тока - скорость, с которой электроны могут закачиваться в электролизер и превращаться в СО - может быть в 10 раз выше в конструкции Ли, чем в предыдущих системах. Система описана в новой статье, опубликованной сегодня в журнале Nature Energy .

Система Ли также продемонстрировала высокую фарадеевскую эффективность - термин, обозначающий долю инжектированных электронов, которые попадают в желаемый продукт. При плотности тока 50 миллиампер на квадратный сантиметр (мА / см 2 ) была измерена фарадеевская эффективность 72%.

Хотя как плотность тока, так и эффективность устанавливают новые рекорды для этого типа системы, еще предстоит пройти некоторое время, прежде чем ее можно будет применить в коммерческих масштабах.