化学与生物分子工程学教授Paul Kenis（右）与研究生Shawn Lu等探讨了一种二氧化碳废物利用新技术的可行性。
工业和能源行业产生了大量的二氧化碳，虽然它看上去是“废物”，但实际上可以转化为有价值的商品。然而，涉及二氧化碳转化过程的是能源密集型的高成本技术，其大规模推广因而受到限制。phys.org网站4月22日报道，美国伊利诺伊大学的研究人员评估了一种新电解技术的技术与经济可行性，该技术通过使用一种廉价的生物燃料副产品，可将二氧化碳转化过程的能耗降低53%。相关研究发表于《自然?能源》杂志中。
通过电化学还原过程，研究人员可以将二氧化碳转化为乙烯等化学物质。乙烯是制造塑料的重要原材料，具有很高的商业价值。通常情况下，二氧化碳气流和液体电解质在电解池中作用后，阴极会产生乙烯等分子，阳极则会产生氧气。伊利诺伊大学化学与生物分子工程学教授、系主任、论文作者Paul Kenis说：“传统二氧化碳转化技术中，约有90%的能量被电解槽阳极的产氧过程消耗掉了。氧气是不具备巨大商业价值的气体，因此这90%的能量基本上属于白白浪费掉了。”Kenis在另一份报告中指出，寻找一种能够降低驱动阳极反应能量的原料，可能是从根本上降低二氧化碳转化技术能耗的策略。他在报告中指出，甘油作为甘蔗生物燃料生产过程中产生的有机副产物，氧化所需能量较少，可以用于能耗极高的产氧步骤。
为了测试新电解技术是否具有应用潜力，研究人员研究了其在二氧化碳转化过程的成本和能耗。Kenis说：“为使模拟更加真实，我们设定的模型使用已有电网作为电力来源。能够利用已有基础设施来推动二氧化碳转化，对未来的电网建设、二氧化碳减排将是一个巨大福音。”Kenis等分析了极端情况下的二氧化碳排放和能耗情况，认为从减排和经济角度来看，改善后的阳极反应对增强二氧化碳转化技术的应用性极具效果。他说：“基于甘油的电解反应展现出巨大的应用前景，我们还需要继续探索其他有机废料的可行性——即使生物燃料产量继续提高，仍然无法完全满足新电解技术的需求。好消息是，由于二氧化碳转化涉及的化学成分是灵活的，很多有机废料都有望用于这项工作。”
论文作者Sumit Verma认为，许多研究人员专注于提高催化剂对二氧化碳还原反应的选择性和催化活性来改善二氧化碳转化过程，这方面的工作仍然具有价值。但他表示：“从氧气演变角度来看，改进阳极反应似乎更是一个双赢局面——不仅降低了工艺的能耗，还善生了第二种有价值的产品流。”
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编译：雷鑫宇
责编：唐林芳
期刊来源：《自然?能源》
期刊编号：2058-7546
原文链接：
https://phys.org/news/2019-04-energy-required-co2-valuable-resources.html
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