来自新南威尔士州悉尼的化学工程师开发了一项新技术,可以将排放的有害二氧化碳转化为化学版“乐高”,从而制造出有用的工业产品,如燃料和塑料。


如果在工业环境中得到验证并被大规模采用,这个过程将给世界在向绿色经济转型的过程中带来喘息的空间。


根据6月10日发表在《先进能源材料》上的一篇论文中,新南威尔士大学化学工程学院的Rahman Daiyan博士和Emma Lovell博士详细介绍了一种制造纳米颗粒的方法,这种纳米颗粒可以促进二氧化碳废气转化为有用的工业材料。

科学家开发新型催化剂 可以促进二氧化碳废气转化为有用工业材料

图片来源:Advanced Energy Materials


明火


研究人员在由Scientia教授Rose Amal领导的粒子与催化研究实验室中进行了研究,结果表明,通过使用称为火焰喷雾热解(FSP)的技术在非常高的温度下制备氧化锌,他们可以创建纳米粒子作为催化剂将二氧化碳转化为“合成气”——氢气和一氧化碳,用于制造工业产品。研究人员说,这种方法比当今可用的方法更便宜,更适合扩展到重工业的需求。


Lovell博士说:“我们使用在2000度高温下燃烧的明火来制造氧化锌纳米颗粒,这些纳米颗粒可以利用电能将二氧化碳转化为合成气。”


合成气通常被认为是化学上的乐高,因为氢和二氧化碳这两种原料可以以不同的比例用于制造合成柴油、甲醇、酒精或塑料等重要的工业前体。


“所以本质上我们所做的就是将二氧化碳转化为这些可以用来制造所有这些重要工业化学品的前体。”


关闭循环


Daiyan博士说,在工业环境中,可以使用含有FSP生产的氧化锌颗粒的电解槽将废弃的二氧化碳转化为有用的合成气。


“比如,发电厂或水泥厂的二氧化碳废气,可以通过这个电解槽,在电解槽内部,我们有以电极形式喷射的氧化锌材料。当我们把二氧化碳废物放进去时,它会被电处理,然后从出口以一氧化碳和氢气混合的合成气的形式释放出来。”他说。


研究人员表示,实际上,他们正在关闭产生有害温室气体的工业过程中的碳循环。通过对FSP技术燃烧纳米颗粒的方式进行微调,可以确定由二氧化碳转化产生的合成气乐高的最终混合。


Daiyan博士说:“目前,我们用天然气来生产合成气,也就是用化石燃料。”“但我们能利用废弃的二氧化碳了,将其转化为合成气,其比例取决于你想在哪个行业使用它。”


例如,一氧化碳和氢气的比例是1:1,这使得合成气可以用作燃料。Daiyan博士还说,四份一氧化碳和一份氢气的比例适合制造塑料。


廉价且易获得


在选择氧化锌作为催化剂的过程中,研究人员确保了他们的解决方案相对于之前在这一领域的尝试,仍然是一个更便宜的选择。


Daiyan博士说:“过去的尝试使用了昂贵的材料,如钯,但这是第一次在澳大利亚当地开采的非常便宜和丰富的材料成功应用于废物二氧化碳转化问题。”


Lovell博士补充说,这种方法的吸引力还在于使用FSP火焰系统来创建和控制这些有价值的材料。


她说:“这意味着它可以用于工业,可以规模化,而且制作材料的速度非常快,非常有效。”


“我们不需要担心复杂的合成技术,这些技术使用非常昂贵的金属和前驱剂——我们可以在10分钟内将其燃烧,让这些颗粒准备好。通过控制燃烧方式,我们就能控制所需的合成气原料的比例。”


规模化


虽然已经建造了一个用含有二氧化碳废气进行测试的电解槽,但将这项技术扩大到可以转化发电厂排放的所有二氧化碳废气的程度仍是一项艰巨的任务。


“我们的想法是,我们可以寻找一个二氧化碳来源试点,如燃煤发电厂,天然气发电厂,甚至一个天然气矿,释放大量的纯二氧化碳,借助这些工厂我们可以改进这项技术。然后你可以捕获产生的二氧化碳,并将其转化为对工业有巨大价值的东西。”Lovell博士说。


研究小组的下一个项目将是在烟道气环境中测试他们的纳米材料,以确保它们能够耐受恶劣的环境和工业废气中发现的其它化学物质。


文章来源: 前瞻经济学人

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