通过酸性测试：新的低 pH 值系统将更多的碳回收到有价值的产品中

悉尼大学的一名工程研究人员与多伦多大学的一个团队合作，开发了一种电化学系统，可以将更多的 CO2转化为有价值的产品。

国际能源署最近将碳捕获和储存作为一项战略，可以帮助将全球排放量保持在足够低的水平，以将全球变暖限制在 2050 年之前。然而，捕获的碳目前几乎没有经济价值，降低了公司投资的动力这项技术。

研究人员团队通过设计先进的电解槽来应对这一挑战——利用电力将捕获的 CO2和水转化为常见日常材料(从塑料到莱卡)的组成部分的机器。这有助于为捕获的碳创造市场，同时也为当今使用的基于化石燃料的制造工艺提供低碳替代品。

与以前的系统不同，该团队的最新设计可以在强酸性条件下运行，从而减少不良反应并提高整体效率。

悉尼大学化学与生物分子工程学院的李峰旺博士说：“我们的研究与以前的方法不同。我们不是在有效利用电力或有效利用碳之间做出选择，而是两者都做。”

“这种电解槽可以生产乙烯等高价值产品。”

乙烯是世界上商业生产最多的有机化合物，用于许多行业，包括金属制造和医疗器械制造。

Li 博士和团队的电解槽利用捕获的 CO2，​​CO 2 流经提供电力的固体催化剂。

“以前的系统在碱性或中性条件下运行，这意味着大部分 CO2被浪费了，而是会转化为碳酸盐。相比之下，我们的工艺使用高酸度，以高达 70% 的速度保留 CO2，”说李医生。

研究人员表示，虽然碳酸盐可以被提取、转化为 CO2并反馈回电解槽，但这样做的能源成本很高。该团队的计算表明，整个系统消耗的能量中有一半以上将用于以这种方式回收碳酸盐。

在低 pH 或酸性条件下运行电解槽可防止碳酸盐的形成，但会带来一个不同的问题：酸性溶液中的氢离子转化为氢气，留下很少的电子可与 CO2结合。

该团队通过结合两种策略来解决这个问题。首先，在酸性条件下，他们增加了电流，使反应堆充满了电子。氢离子冲进来与它们发生反应，但陷入了分子交通堵塞，这是一个称为质量传输限制的技术术语。

“实际上，我们正在创建一个整个反应器都是酸性的，除了催化剂表面不到 50 微米的微小层，”共同作者和多伦多大学研究员 Haoming Erick Huang 说。“在那个特定区域，它不是酸性的，实际上它是微碱性的。在那里，CO2可以被这些电子还原成乙烯。”

下一步是向反应中添加一个带正电的离子，在这种情况下是钾。这在固体催化剂附近产生了一个电场，使 CO2更容易被表面吸收，使其在与氢离子的竞争中处于优势地位。

这两个变化产生了很大的不同。以前的系统通常使用不到 15% 的可用 CO2，​​其余的则转化为碳酸盐。新系统利用了约 77% 的可用 CO2，​​其中超过 50% 被转化为多碳产品。

在将该系统扩大到工业水平之前，仍有许多障碍需要克服，包括当催化剂尺寸增加时催化剂的稳定性以及进一步节能的需求。