Реактор превращает парниковых газов в чистом жидком топливе

Общий парниковых газов могут быть перепрофилированы эффективным и экологически безопасным способом с электролизером, который использует возобновляемые источники энергии для получения чистого жидкого топлива.

Каталитический реактор, разработанный в лаборатории Университета Райса и инженер биомолекулярных Хаотянь Ван химические использует углекислый газ в качестве исходного сырья и, в его последний прототип, производит высокой степени очистки и высокой концентрации муравьиной кислоты.

Муравьиная кислота, полученных с помощью традиционных устройств углекислого газа должен дорогостоящих и энергоемких стадий очистки, сказал Ван. Прямого получения чистых растворов кислот муравьиная поможет вам продвигать технологии преобразования углекислого газа.

Метод подробно описан в природе энергии.

Ван, который вступил коричневые школьные Райс машиностроения в январе, и его группа продолжила технологий, которые превращают парниковых газов в полезные продукты. В тестах, новый электрокатализатора достигли эффективности преобразования энергии около 42%. Это означает, что около половины электрической энергии могут быть сохранены в муравьиную кислоту в качестве жидкого топлива.

«Муравьиная кислота является энергоносителем», — сказал Ван. «Это топливо-клетка топлива, который может генерировать электроэнергию и выделяют углекислый газ-который вы можете взять и снова переработать.

«Кроме основных в химической промышленности как сырье для производства других химических веществ, и хранение материала для водорода, который может вместить почти 1000 раз больше энергии из того же объема газообразного водорода, который трудно сжать», — сказал он. «Это в настоящее время большой проблемой для водородных автомобилей.»

Два авансов возможных новых устройства, сказал ведущий автор и научный сотрудник постдокторантура рис Чуан Ся. Первым был его развитии надежной, двумерный катализатора висмут и второй твердотельный электролит, что исключает потребность в соли как часть реакции.

«Висмут-это очень тяжелый атом, по сравнению с переходными металлами, как медь, железо или кобальт», — сказал Ван. «Подвижность ее значительно меньше, особенно в условиях реакции. Так что стабилизирует катализатор». Он отметил, что реактор таким образом, чтобы сохранить воду от контакта с катализатором, который помогает ее сохранить.

Ся может сделать наноматериалы оптом. «В настоящее время люди производят катализаторы на миллиграмм или Весы грамм», — сказал он. «Мы разработали способ производить их в масштабе килограмм. Это облегчит процесс наращивания для промышленности».

На полимерной основе твердого электролита с покрытием сульфоновой кислоты лиганды для проведения положительного заряда или амино функциональные группы для проведения отрицательных ионов. «Обычно люди сократить выбросы углекислого газа в традиционный жидкий электролит, как соленая вода», — сказал Ван. «Вы хотите, чтобы электричество проводится, но чистой воды электролита слишком устойчива. Вам нужно добавить соли, такие как хлорид натрия или бикарбонат калия, поэтому ионы могут свободно перемещаться в воде.

«Но когда вы создаете муравьиную кислоту, которая, кстати, смешивается с солями», — сказал он. «Для большинства приложений, вы должны удалить соли из конечного продукта, который 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 для солей».

Скорость, с которой вода течет через продукт палата определяет концентрацию раствора. Слабая пропускная способность при текущей настройке дает решение, которое составляет почти 30% муравьиной кислоты по весу, в то время как течет быстрее разрешить концентрацию, чтобы быть настроены. Исследователи ожидают достижения более высоких концентраций из следующего поколения реакторов, которые принимают газового потока вывести чистых паров муравьиной кислоты.

Лаборатории Райс работал с Брукхэвенской Национальной лаборатории, чтобы посмотреть процесс продолжается. «Рентгеновская спектроскопия поглощения, мощная техника доступна на внутренней оболочке спектроскопии (ИСС) частей в Брукхейвенской лаборатории Национального источника синхротронного излучения II, которая позволяет нам изучить электронную структуру электрокатализаторы в operando-то есть, во время фактического химического процесса», — сказал соавтор Илай Stavitski, ведущий ученый частей на МКС. «В этой работе, мы следили за окисления висмута в различных потенциалов и удалось идентифицировать активное состояние катализатора в ходе сокращения выбросов двуокиси углерода.»

С текущим реактором, лаборатории создается муравьиной кислоты непрерывно в течение 100 часов при незначительной деградации компонентов реактора, в том числе наноразмерных катализаторов. Ван предложил реактора может быть легко переоборудован для производства таких продуктов более высокой стоимости в пересчете на уксусную кислоту, этанол или пропанол топливом.

«Большая картина, что уменьшение углекислого газа очень важен для его влияния на глобальное потепление, а также для зеленых химического синтеза», — сказал Ван. «Если электричество поступает из возобновляемых источников, таких как солнце или ветер, мы можем создать цикл, который превращает углекислый газ в что-то важное, не выделяя больше.»

Соавторы рис аспирант Пэн Чжу; аспирант Цю Цзян и Хусам Alshareef, профессор материаловедения и машиностроения, на короля Абдаллы университета науки и технологий Саудовской Аравии (открытии); научный сотрудник Ин Пан Гарвардского университета; и научный сотрудник отель вэньтаоланьтянь Лян Северо-Восточного университета. Ван Уильяма Марш Райс управляющего доцент кафедры химической и биомолекулярной инженерии. Ся-это Дж Этвелл-Уэлш postdoctoral собрат на рис.

Райс и американским Министерством энергетики научно удобства пользователей поддерживает научные исследования.