新方法可將二氧化碳轉化為有用化合物

MIT研究人員研發了一項新系統，可能會被用於將發電廠排放的二氧化碳氣體轉化為驅動轎車、卡車和飛機的有用燃料，還能將其轉換為適用於一系列產品的化學原料。

這項基於薄膜的新系統由MIT博士后Xiao-Yu Wu和著名機械工程教授Ahmed Ghoniem共同研發，並在ChemSusChem期刊上發表。

薄膜由鑭、鈣和氧化鐵的化合物製成，能讓二氧化碳中的氧遷移到另一邊，只留下一氧化碳。實驗室也在考慮使用其它化合物，例如混合離子-電子導體，來進行包括氧氣和氫氣生產等多種應用。

在此過程中得到的一氧化氮本身就可以作為一種燃料被使用，此外它還能與氫氣和/或水結合製成其他種類的液態烴燃料和諸如甲醇（作為一種汽車燃料被使用）、合成氣等化學品。Ghoniem的實驗室正在試驗上述部分產品。這一過程可能成為碳捕獲-利用-儲存（CCUS）技術的一部分，如果能應用於電力生產則可以減少化石燃料使用對全球變暖造成的影響。

根據Wu的解釋，該薄膜內含鈣鈦礦結構， 「100%選擇氧」，只能讓這些原子通過。分離在高達990攝氏度的溫度下進行，分離過程的關鍵是讓從二氧化碳中脫離出來的氧通過薄膜，直到到達另一邊。在二氧化碳氣流對面的薄膜上形成真空可以達到這一目的，但需要大量能量來維持。

Wu表示維持分離過程所需投入的能量是熱能，熱能可能來自太陽能或餘熱，部分還可能由發電廠自身以及其它渠道提供。本質上，這一過程使得以化學形式儲存熱量成為可能，只要有需要就可以使用。以化學形式儲存的熱量和其他形式相比，能量密度—在一定重量物質中所儲存能量的多少—要高得多。

Wu表示他和Ghoniem目前已經證明了這一過程可行。正在進行的研究是為了找出加速氧流過薄膜的方法，也許是通過改變製造薄膜的材料，改變表面的幾何形狀，或在表面添加催化劑材料。研究人員還致力於將薄膜整合到工作反應堆中，將反應堆和燃料生產系統相結合。他們正在研究如何擴大這種方法的規模，以及這種方法與其他捕獲和轉化二氧化碳排放氣體的方法比較又如何，考量的標準包括成本和對發電廠整體開工的影響。

Wu稱在一家Ghoniem的研發團隊和其他人先前工作過的天然氣發電廠內，流出的天然氣可以被分成兩股氣流。一股在被點燃進行發電的同時還能產出純二氧化碳氣流，而另一股則到了新薄膜系統的燃料端，提供氧-反應燃料來源。這股氣流還將第二次從工廠產出一種氫氣和一氧化碳的混合物，也就是我們所說的合成氣，該氣體是一種廣泛應用的工業燃料和原料。合成氣還能被添加到現存的天然氣配電網中。

因此。這個方法也許不僅能減少溫室氣體排放，還能製造其他潛在收益流以幫助支付成本。

Wu稱任何濃度的二氧化碳氣體都可以應用於這一過程—他們從頭到尾對濃度為2%-99%的二氧化碳氣體都進行了測試—但濃度越高，生產效率越高。因此，它對於來自傳統化石燃料燃燒發電廠的高濃度輸出氣流，或是專為碳捕獲設計的工廠如碳燃燒工廠來說非常適用。

「使用二氧化碳生產一氧化碳對將可持續熱能轉化為化學能來說非常重要。」中國大連中科院化學物理教授 Xuefeng Zhu說道，他並沒有參與該項目的進行。「使用透氧薄膜可以很大程度上降低反應溫度，大概從1500攝氏度到低於1000攝氏度，這也就是說和傳統二氧化碳分解過程相比這一方法可以高效節能。」他還說，「我認為他們的工作對於可持續能源和薄膜技術領域都至關重要。」

該研究項目由殼牌石油公司和阿卜杜拉國王科學技術大學共同資助。