ライス大学の「グリーン」の発明は、二酸化炭素を貴重な燃料に還元します。
一般的な温室効果ガスは、再生可能な電力を使用して純粋な液体燃料を生産する電解機を使用して、効率的で環境に優しい方法で再利用できます。
化学および生体分子エンジニアのライス大学ラボが開発した触媒反応器は、その原料として二酸化炭素を使用し、最新のプロトタイプでは、高濃度の高濃度の形成を生成します。酸。
従来の二酸化炭素装置によって生成されるギ酸酸は、費用がかかり、エネルギー集約的な浄化の手順を必要とします、とWangは言いました。純粋なギ酸溶液の直接生産は、市販の二酸化炭素変換技術を促進するのに役立ちます。
メソッドの詳細が記載されています自然エネルギー。
ライスに加わった王ブラウンエンジニアリングスクール1月、彼のグループは、温室効果ガスを有用な製品に変える技術を追求します。テストでは、新しい電気触媒は約42％のエネルギー変換効率に達しました。つまり、電気エネルギーのほぼ半分が液体燃料としてギ酸で保存できることを意味します。
「ギ酸はエネルギー担体です」とワンは言いました。 「これは、電力を生成し、二酸化炭素を発することができる燃料細胞燃料です。これをつかんでリサイクルできます。
「それはまた、他の化学物質の原料として化学工学産業の基本であり、同じ量の水素ガスのエネルギーのほぼ1,000倍を保持できる水素の貯蔵材料であり、圧縮が困難です」と彼は言いました。 「これは現在、水素燃料細胞車にとって大きな課題です。」
リード著者と米博士課程の研究者であるチュアン・シアは、2つの進歩により新しいデバイスが可能になりました。 1つ目は、堅牢で2次元のビスマス触媒の開発であり、2つ目は反応の一部として塩の必要性を排除する固体電解質でした。
「ビスマスはとても重いです原子、銅、鉄、コバルトなどの遷移金属と比較して、「その移動度は、特に反応条件下ではるかに低くなります。それが触媒を安定させる。」彼は、反応器が水が触媒に接触しないように構成されているため、それを維持するのにも役立つと述べた。
Xiaはナノ材料を一括で作ることができます。 「現在、人々はミリグラムまたはグラムのスケールで触媒を生成します」と彼は言いました。 「私たちは、キログラムスケールでそれらを生産する方法を開発しました。これにより、私たちのプロセスが業界に向けて拡大しやすくなります。」
ポリマーベースの固体電解質は、スルホン酸リガンドでコーティングされており、正電荷またはアミノ官能基を導入して陰性イオンを導入します。 「通常、人々は塩水のような伝統的な液体電解質で二酸化炭素を減らします」と王は言いました。 「電気を伝導したいのですが、純粋な水電解質は耐性が強すぎます。塩化ナトリウムや重炭酸カリウムなどの塩を加えて、イオンが水中で自由に移動できるようにする必要があります。
「しかし、そのようにギ酸を生成すると、塩と混ざり合っています」と彼は言いました。 「大部分の用途では、最終製品から塩を除去する必要があります。最終製品には多くのエネルギーとコストがかかります。したがって、プロトンを導入し、不溶性ポリマーまたは無機化合物で作ることができる固体電解質を使用して、塩の必要性を排除します。」
製品チャンバーを通る水が流れる速度は、溶液の濃度を決定します。現在のセットアップでスロースループットは、重量で約30％の形成酸である溶液を生成しますが、フローが速く濃度をカスタマイズできます。研究者は、ガスの流れを受け入れて純粋なギ酸蒸気を引き出すために、次世代の反応器からより高い濃度を達成することを期待しています。
ライスラボは、ブルックヘブン国立研究所と協力して、進行中のプロセスを確認しました。 「X線吸収分光法は、Brookhaven LabのNational Synchrotron Light Source IIの内側シェル分光法（ISS）ビームラインで利用可能な強力な手法であり、オペランドの電気触媒の電子構造をプローブすることができます。 「この作業では、さまざまな電位でビスマスの酸化状態に従い、二酸化炭素還元中に触媒の活性状態を特定することができました。」
現在の反応器を使用すると、ラボは100時間継続的に形成酸を生成し、反応器の成分を無視できる分解を含みます。ナノスケール触媒。 Wangは、原子炉を簡単に再調整して、酢酸、エタノール、プロパノール燃料などの高価値製品を生産できることを示唆しました。
「全体像は、二酸化炭素の減少が、地球温暖化や緑の化学合成に対する影響にとって非常に重要であることです」と王は言いました。 「電気が太陽や風などの再生可能な源から来る場合、二酸化炭素をより多くのものにすることなく重要なものに変えるループを作成できます。」
参照：「固体電解型デバイスを使用した電気触媒CO2還元による純粋な液体燃料溶液の継続的生産」Chuan Xia、Peng Zhu、Qiu Jiang、Ying Pan、Wentao Liang、Eli Stavitsk、Husam N. Alshareef、Haotian Wang、2019年9月2日、自然エネルギー。
doi：10.1038/s41560-019-0451-x
共著者は米の大学院生であるPeng Zhuです。キングアブドラ科学技術大学の材料科学と工学の教授である大学院生のQiu JiangとHusam Alshareefサウジアラビア（カウスト）;ハーバード大学のポスドク研究者インパン。ノースイースタン大学のスタッフ科学者Wentao Liang。王は、化学および生体分子工学のウィリアム・マーシュ・ライス評議員助教授です。 Xiaは、RiceのJ. Evans Attwell-Welch Postdoctoral Fellowです。
ライスと米国エネルギー科学科学局のユーザー施設が研究を支援しました。
抽象的な
電気触媒co2還元は、KHCOなどの溶液電解質でしばしば実行されます3（AQ）、電極間のイオン伝導を可能にします。したがって、形成される液体製品は溶解した塩と混合され、エネルギー集約型の下流分離が必要です。ここでは、coの連続電気触媒変換を報告します2電気化学的に生成された陽イオン（Hなどの固体電解質を利用する細胞の純粋な液体燃料溶液へ）+）およびアニオン（HCOOなど- - ）組み合わせて、他のイオンと混合せずに純粋な製品ソリューションを形成します。 HCOOH選択的（90％>ファラダ効率）を使用し、カソードでBI触媒を簡単にスケーリングし、最大12 Mの濃度で純粋なHCOOH溶液の生産を示します。他の電解質を含まないcの生産c2+酢酸、エタノール、および酸素酸液溶液n- プロパノールも、Cu触媒を使用して実証されています。最後に、私たちの共同を示します2固体電解質を備えた還元セルは、他のより複雑な実用的なアプリケーションに合わせて変更できます。
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