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離子液體催化劑幫忙將排放轉換成燃料

有個 Illinois 研究團隊已成功克服一項有前途技術的主要障礙,那能同時減少大氣中的二氧化碳並製造燃料。

Illinois 大學化學與生物分子工程教授 Paul Kenis 及其研究小組與 Dioxide Materials,一家新公司的研究員合作,製造出一種催化劑,那改善人造光合作用。這家公司,位於大學的研究園區,由退休化工教授 Richard Masel 所成立。這個團隊在 Science 期刊上報告他們的成果。

人工光合作用是一種將二氧化碳氣體轉換成有用的碳基化學物質(最值得注意的是燃料或其他通常源自於石油的化合物)的過程,成為一種從生質將它們萃取出來的替代方法。

在植物中,光合作用利用太陽能將二氧化碳以及水轉換成醣與其他烴類。生物燃料通常是從玉米這樣的作物萃取出來的醣提煉而成。然而,在人造光合作用中,會有一個利用來自日光收集器或風力渦輪發電機之能量的電化學電池(electrochemical cell),將二氧化碳轉換成簡單的碳燃料,例如甲酸(蟻酸)或甲醇,那經過進一步提煉以製造乙醇還有其他燃料。

“關鍵優勢是,這裡不會與食物供應相互競爭," Masel,這篇論文的副首席研究者,同時也是 Dioxide Materials 的 CEO,"而且傳輸電力比裝運生質到提煉廠要便宜許多。"

然而,有一大障礙阻止人工光合作用跨入主流:要製造燃料的第一步,將二氧化碳轉換成一氧化碳,太耗費能量了。那需要許多電力來驅動第一步反應,製造燃料所需的能量比起可儲存在燃料中的能量要來得多。

此 Illinois 小組使用一種涉及某種離子液體(ionic liquids)的新穎方法來催化此反應,大幅減少驅動此過程所需要的能量。離子液體使反應裡的中間產物(intermediates,中間體)穩定,故完成轉換所需要的電力比較少。

研究者們把一個電化學電池當成一具流動反應器(flow reactor)使用,以氣體擴散電極(gas-diffusion electrodes)自液體電解質催化劑中區分出(separating)氣態的 CO2 輸入以及氧輸出。此電池的設計允許研究者微調電解質流的組成以改善反應動力學,包括離子液體當成輔助催化劑添加。

“那大幅降低 CO2 還原的超電勢(overpotential)," Kenis 說,他也是一位機械科學與工程教授同時隸屬 Beckman Institute for Advanced Science and Technology。"因此,需要施加的電位降低了許多。施加低了許多的電位與「驅動此過程所耗的能源比較少」相關。"

接下來,研究者希望對付輸出量(throughput)的問題。為了使這項技術在商業化應用上有用,他們需要加速反應並將轉換最大化。

“還需要更多研究,不過這項研究使我們離「減少我們對於石化燃料的需求並同時減少與氣候變化相關連的、不必要的 CO2 排放」更接近了," Kenis 表示。

資料來源:PHYSORG:Ionic liquid catalyst helps turn emissions into fuel[October 6, 2011]

轉載自only-perception

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