反应堆将温室气体转化为纯液体燃料

一种常见的温室气体可以通过使用可再生电力生产纯液体燃料的电解槽，以高效和无害环境的方式加以重新利用。

这个由赖斯大学化学和生物分子工程师王浩田实验室开发的催化反应器，以二氧化碳为原料，在最新的原型中，生产出纯度高、浓度高的甲酸。

王说，由传统二氧化碳装置生产的甲酸需要昂贵的和能源密集型的净化步骤.直接生产纯甲酸溶液将有助于促进商业二氧化碳转化技术。

方法详见自然能.

今年1月，他加入了赖斯的布朗工程学院(Brown School Of Engineering)，他的团队致力于将温室气体转化为有用产品的技术。在试验中，新型电催化剂的能量转换效率达到了42%左右。这意味着将近一半的电能可以作为液体燃料储存在甲酸中。

“甲酸是一种能量载体，”王说。“这是一种燃料电池燃料，可以发电并排放二氧化碳-你可以再一次回收利用。

他说：“作为其他化学品的原料，它也是化工行业的基础，也是一种储存氢气的储存材料，它可以容纳相同体积的氢气的近1000倍能量，这是很难压缩的。”“这是目前氢燃料电池汽车面临的巨大挑战。”

“与铜、铁或钴等过渡金属相比，铋是一个非常重的原子，”王说。“它的迁移率要低得多，特别是在反应条件下。这就稳定了催化剂。”他指出，反应堆的结构是为了防止水接触催化剂，这也有助于保护它。

夏能批量制作纳米材料。“目前，人们生产的催化剂的毫克或克级，”他说。“我们开发了一种方法，以公斤的规模生产。这将使我们的过程更容易扩大规模的工业。”

聚合物基固体电解质包覆磺酸配体进行正电荷或氨基官能团导电负离子。王说：“人们通常会减少像盐水这样的传统液体电解质中的二氧化碳。”“你想要导电，但纯水电解质太耐，你需要添加盐，如氯化钠或碳酸钾，以便离子可以自由地在水中移动。”

他说：“但是当你用这种方式生成甲酸时，它会与盐混合。”“在大多数应用中，你必须从最终产品中除去盐，这需要大量的能源和成本。因此，我们使用固体电解质来传导质子，可以由不溶性聚合物或无机化合物制成，从而消除了对盐的需求。”

水流经产物室的速度决定了溶液的浓度。当前设置的缓慢吞吐量产生了一种按重量计算几乎是30%甲酸的解决方案，而更快的流量则允许对浓度进行定制。研究人员希望从接受气体流动的下一代反应器中获得更高的浓度，从而产生纯粹的甲酸蒸气。

赖斯实验室与布鲁克海 国家实验室合作，观察这一过程正在进行中。“X射线吸收光谱技术是布鲁克海 实验室国家同步光源II的内壳光谱(ISS)光束线上的一种强大技术，它使我们能够探测操作孔中电催化剂的电子结构-也就是说，在实际的化学过程中，”国际空间站的首席束线科学家伊莱·斯塔维茨基(Eli Stavitski)说。在这项工作中，我们跟踪了铋在不同电位下的氧化状态，并能够识别二氧化碳还原过程中催化剂的活性状态。

在目前的反应器中，实验室连续生成甲酸100小时，反应器的组分(包括纳米级催化剂)的降解可以忽略不计。王表示，反应堆可以很容易改造，以生产更高价值的产品，如乙酸，乙醇或丙醇燃料。

王说：“总体情况是，二氧化碳减排对全球变暖和绿色化学合成都是非常重要的。”“如果电力来自太阳能或风能等可再生能源，我们可以创造一个循环，将二氧化碳转化为重要的东西，而不会产生更多的二氧化碳。”