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用来制备碳纳米管——温室气体CO2的华丽蜕变

日期:2016-07-11

据Phys.org介绍,乔治·华盛顿大学去年提出了将CO2转换成碳纳米管(CNTs)的方法。该方法可以将发电厂释放的CO2转变为各种有价值的产品,这些产品在电池、电子产品、飞机、运动器械方面有着广泛应用。

该项技术可以应用于任何一种发电厂,研究人员专门研究了其在联合循环(CC)天然气发电厂的应用。CC天然气发电厂在各类发电厂中,能源效率最高,但排放大量的CO2。这种技术在传统CC发电厂的基础上,增加了熔融碳酸锂电解槽,使其成为联合循环碳纳米纤维(CC CNF)发电厂。通过电解的方法,使CO2分解生成氧气和固体碳纳米纤维;通过加入适量的镍,使碳纳米纤维中空,形成CNTs。

 

 

研究人员对CC CNF发电厂进行了热力学评估。评估发现,和传统的CC发电厂和燃煤发电厂相比,此方法在热力学方面是可行的。另外,该方法没有碳固存,并且热能的再循环使能源效率得到提高。生产过程中的热能有很多来源,例如,锂氧化物化学反应产生的能量;冷却碳和氧产品获得的能量;纯氧(分解CO2释放纯氧和CNTs)、空气和天然气的混合物燃烧释放的能量;无须碳捕获所节约的能量(相比于碳汇操作,碳捕获需要更高的温度)。

“这项技术可以将温室气体CO2转变为各种有价值的产品,从而改善由于CO2造成的气候变化。”乔治·华盛顿大学教授Stuart Licht告诉Phys.org,“生产CNTs比用化石燃料发电牟利更多,这将会刺激可持续发展的社会转型。CNTs高强轻质,其强度超过钢铁或铝的强度的20倍。CNTs有望取代市值数万亿美元的钢铁和铝市场。CNTs也可以应用于纳米电子学和新型给药系统,并已成功应用于纺织业(如防弹衣)中。”

 

 

上图左为传统CC发电厂利用燃气轮机将热能转换成机械能,由蒸汽机将剩余的热转换成机械能。图右为CC CNF发电厂增加一个电解槽,将CO2转换成碳纳米管,实现CO2零排放。

研究表明,每消耗一吨甲烷燃料,传统CC发电厂可以生产出价值$909的电量,排放2.74吨CO2;相比之下,CC CNF发电厂可以生产出价值$835(比传统的少8%)的电量,同时也生产出0.75吨价值$225000的CNTs,并且实现CO2零排放。换句话说,价值更高的CNF和CNTs弥补了电输出的少量减少。目前,CNTs的生产成本为$300000/吨,通过这种技术生产CNTs的成本是$2000/吨,不及当前CNTs 生产成本的1%。研究人员希望这种巨大的效益,使该项技术成为发电厂更好的选择。另外,CNTs的收益是碳税收(约$30/吨)的10000倍。研究人员预言,相比于碳税收,CNTs的生产将会让能源工业更有动力去减少碳的排放。

通过这种简便、低成本的方法生产CNTs,可能会使其价格在未来降低,但经济效益会扩散到其它行业。较低的CNTs价格会刺激CNT市场的增长,并对汽车、航空公司、风力涡轮机等行业产生积极影响。

目前,研究人员正致力于尽快将这项技术应用于实践。Licht说:“我们正按比例放大该过程,检验该项技术应用于规模化生产的可实施性,这对该项目的快速部署和CO2大量减排是一个挑战。”(材料人网)

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