一个集成的净负系统捕获碳并生产乙烯

诺伊大学芝加哥分校的工程师建造了一台机器，可以从烟道气中捕获碳并将其转化为乙烯。

该设备集成了碳捕获首次此外，该系统不仅依靠电力运行，而且从环境中去除的碳也多于它产生的碳——这就是科学家所说的碳排放净负值。

在全球制造的化学品中，乙烯的碳排放量排名第三。乙烯不仅用于制造包装、农业和汽车行业的塑料产品，还用于生产用于防冻剂、医疗消毒器和房屋乙烯基壁板等化学品。

该系统和UIC工程学院科学家的实验结果发表在能源与环境科学论文中，题为“在环境条件下从烟气中捕获CO2 以生产增值化学品的全集成电化学系统”。

UIC化学工程系助理教授MeeneshSingh表示：“这是首次展示净负全电集成系统，可从污染物中捕获碳并创造高价值资源。”

“迫切需要开发用于综合碳捕获和转化的高效技术，以可持续地生产净负燃料。目前，综合碳捕获和转化系统是高度能源密集型的，并且在二氧化碳捕获和减少的不连续循环中工作。将碳捕获与转化系统有效结合，消除了运输和储存的需要，从而提高了能源效率。”

UIC开发的一体化碳捕集与转化系统，连续捕集烟气中的二氧化碳，生产高纯度乙烯。

“这是乙烯脱碳的一个重要里程碑，”辛格说。

具有迁移辅助水分梯度CO2捕获和电化学CO2还原反应的集成系统示意图。图片来源：MeeneshSingh等。

为了从空气或烟道气中捕获碳，Singh的实验室使用廉价材料修改了标准的人造树叶系统，在带电膜上加入了水梯度——干侧和湿侧。

在干燥的一面，有机溶剂附着在可用的二氧化碳上，在膜上产生一定浓度的碳酸氢盐或小苏打。随着碳酸氢盐的形成，这些带负电的离子被拉过膜，朝向膜湿侧的水基溶液中带正电的电极。液体溶液将碳酸氢盐溶解回二氧化碳，因此可以将其释放并用于CO2转化。

该系统采用模块化、可堆叠的设计，使系统可以轻松地按比例放大和缩小。

为了将捕获的二氧化碳转化为乙烯，Singh和他的同事使用了第二个系统，其中电流通过一个电池。电池的一半充满了从碳捕获系统捕获的二氧化碳，另一半充满了水基溶液。带电的催化剂将水分子中的带电氢原子吸入被膜隔开的另一半单元，在那里它们与二氧化碳分子中带电的碳原子结合形成乙烯。

UIC研究人员通过将捕获的二氧化碳溶液输送到碳转化系统并将其回收再利用来整合这两个系统。溶液的闭环循环可确保持续供应来自烟气的二氧化碳并将其转化为乙烯。

为了测试他们的集成系统，研究人员实施了一个100平方厘米的双极膜电渗析装置来捕获烟气中的二氧化碳，并将其液压连接到1平方厘米的电解槽以生产乙烯。

他们能够在7天内每天24小时不间断地测试系统。该系统不仅在整个过程中保持稳定，而且还以每天24克的速度捕获碳，并以每天188毫克的速度生产乙烯。

“在使乙烯生产绿色化的过程中，这是一个潜在的突破，”辛格说。“我们的下一步是扩大综合碳捕获和转化系统以生产乙烯——每天1公斤的速度，并以高于每天千克的速度捕获碳。”

该研究的合著者包括UIC的AdityaPrajapati和RohanSartape，以及Braskem的MiguelGalante、JiahanXie、SamuelLeung、IvanBessa、MarcioAndrad、RobertSomich、MarcioReboucas、GusHutras和NathaliaDiniz。