Реактор для производства топлива из углекислого газа

Обычный парниковый газ может эффективно и экологически безопасно реагировать в электролизере, производящего за счет возобновляемого электричества чистое жидкое топливо

Каталитический реактор, разработанный в лаборатории химического и биомолекулярного инжиниринга Университета Райса, использует диоксид углерода в качестве исходного сырья и производит высокоочищенную и высококонцентрированную муравьиную кислоту.

Муравьиная кислота, получаемая с помощью традиционных устройств, использующих диоксид углерода, требует дорогостоящих и энергоемких этапов очистки. Упрощенное производство чистых растворов муравьиной кислоты поможет продвинуть коммерческие технологии переработки углекислого газа.

В ходе испытаний новый электрокатализатор достиг эффективности преобразования энергии на уровне 42%. Это означает, что почти половина электрической энергии может храниться в муравьиной кислоте в виде жидкого топлива.

«Муравьиная кислота является энергоносителем». «Это топливо может вырабатывать электричество и выделять углекислый газ, который можно захватить и утилизировать снова».

«Она также имеет фундаментальное значение для химической промышленности, если рассматривать ее, как сырье для других химикатов и материал для хранения водорода, который может почти в 1000 раз увеличить энергоемкость того же объема несжимаемого газообразного водорода», - сказал Хаотян Ванг, биомолекулярный инженер из Университета Райса. «В настоящее время это остается большой проблемой для разработки автомобилей на водородных топливных элементах».

Два достижения сделали возможным появление нового устройства, сказал автор и ведущий исследователь Райс, Чуан Ся. Первым стала разработка надежного двумерного катализатора на основе висмута, а вторым - использование твердого электролита, который устраняет необходимость в соли как составляющей реакции.

«Висмут является очень тяжелым атомом по сравнению с переходными металлами, такими как медь, железо или кобальт», - сказал Ванг. «Его подвижность намного ниже, особенно в условиях протекающей реакции. Это стабилизирует катализатор». Он отметил, что реактор сконструирован так, чтобы вода не контактировала с катализатором.

Ся может наладить широкомасштабное производство катализатора. «В настоящее время люди производят катализаторы в миллиграммах или граммах», - сказал он. «Мы разработали способ их производства в килограммовых масштабах. Это облегчит наш процесс в промышленном производстве».

Твердый электролит на основе полимера покрыт лигандами сульфоновой кислоты, для проведения положительного заряда, или аминогруппами, для проведения отрицательных ионов. «Обычно люди снижают содержание углекислого газа в традиционном жидком электролите, таком как соленая вода», - сказал Ванг. «Необходимо, чтобы электричество проводилось, но чистый водный электролит не проводит ток. Нужно добавить соли, хлорид натрия или бикарбонат калия, чтобы ионы могли свободно перемещаться в воде».

«При производстве муравьиной кислоты она смешивается с солями». «В большинстве случаев необходимо удалить соли из конечного продукта, что требует много энергии и затрат. Поэтому мы использовали твердые электролиты, которые проводят протоны и могут быть изготовлены из нерастворимых полимеров или неорганических соединений, устраняя необходимость в солях».

Скорость, с которой вода протекает через камеру реактора, определяет концентрацию раствора. Исследователи ожидают достижения более высоких концентраций от реакторов следующего поколения, которые будут пропускать поток газа для выделения паров чистой муравьиной кислоты.

В своем реакторе лаборатория генерировала муравьиную кислоту непрерывно в течение 100 часов с незначительным разложением компонентов реактора, включая наноразмерные катализаторы. Ванг предполагает, что реактор можно легко переоборудовать для производства таких ценных продуктов, как уксусная кислота, этанол или пропанол.

«Если электричество будет поступать из возобновляемых источников, таких как солнце или ветер, можно замкнуть технологический процесс с нулевым выбросом углекислого газа».

Источник: Реактор превращает парниковый газ в чистое жидкое топливо