在未来，由于新型纳米颗粒，二氧化碳排放可以被捕获并转化为燃料。图片/Chris LeBoutillier, Pexels
想象一个未来的发电厂。该工厂没有将碳排放到大气中，而是将所有的二氧化碳都收集起来，将其转化为可以为工厂提供动力的燃料:一个碳中和的闭环。
南加州大学维特比工程学院的研究bob国际首页登录人员与美国能源部国家可再生能源实验室(NREL)合作，正在努力使这一目标接近现实。该团队发现了一种金属碳化物纳米颗粒(碳和金属的化合物)，可以转化CO2成燃料;这种粒子首次可以在低温下持续产生。
这意味着这些颗粒可以以低成本、最小的环境影响进行工业规模生产，为减少全球温室气体排放提供了一条重要途径。
南加州大学维特比化学工程和材料科学系莫克家族系教授Noahbob国际首页登录 Malmstadt是这项研究的作者之一，他与NREL的Frederick G. Baddour和南加州大学化学教授Richard Brutchey合作。他们的研究发表在美国化学学会杂志．
Malmstadt说，该项目的目标是从排放源(如烟道)捕获碳排放，然后将其转化为可用的燃料，纳米颗粒作为催化剂，使反应得以进行。
诺亚·马尔姆施塔特，南加州大学维bob国际首页登录特比化学工程和材料科学教授。
“基本上，我们正在做的是将二氧化碳从碳氧键转化为碳氢键。因此，我们正在将二氧化碳重新转化为碳氢化合物。”
碳氢化合物是基本的燃料储备。你可以把它们变成燃料库存化学品，如甲烷或丙烷。或者你可以把它们作为化学合成的基础，这样它们就可以成为制造更复杂化学物质的基石。”
他表示，碳氢化合物也是“原料”化学品，有可能被用于制造其他碳基材料，因此碳排放可以转化为制造消费品和碳氢燃料的材料。
Malmstadt说，到目前为止，制造催化剂颗粒的过程是非常能源密集型的，这使得它成为一种不切实际的碳排放转换解决方案。碳化物是通过加热到600摄氏度以上的过程产生的，这个过程使得很难控制颗粒的大小，这影响了它们作为催化剂的有效性。
他说，相比之下，该团队的发现使用了微流体反应器工艺，这是一种非常小规模的化学反应器系统，对环境的影响最小。这意味着这些颗粒可以在低至300摄氏度的温度下产生，从而产生更小、更均匀的颗粒，这使它们成为将二氧化碳转化为碳氢化合物的理想选择。
马尔姆施塔特说:“我们正在使用绿色化学方法以可持续的方式生产这些颗粒。”
他说:“化学反应堆系统在直径小于一毫米的通道中运行，这比传统反应堆有很多优势，特别是在制造非常均匀和高质量的材料方面。”
Malmstadt说，由此产生的纳米颗粒具有非常高的表面积与质量比。
他说:“因此，催化剂中每含有一定量的金属，就会得到更多可以进行化学反应的活性表面积。”
纳米颗粒催化剂(悬浮在左边瓶子中的液体中)在漏斗中产生反应，将红色和黑色的二氧化碳分子转化为碳氢化合物(黑色和白色)。图片/Frederick G. Baddour
马尔姆施塔特说，反应过程可以与超级计算机随着时间的推移而进化的方式相比较;它们被安置在大型实验室中，需要巨大的存储库和能源密集型冷却系统。而目前的分布式或基于云的超级计算机系统只是一个标准计算机的网格，它们并行运行并共享资源。
马尔姆施塔特说:“因此，这种方法在扩大化学生产方面也是同样的思路。”“你不用一个大型化学反应堆，而是用一堆微流体反应堆，而且你只需要并行操作它们。”
Malmstadt说，这一过程也比大规模的化学反应器生产碳化物纳米颗粒节省了大量成本。
Malmstadt说:“这提供了一种简单的化学方法，从能源使用的可持续性和生产材料的人员小时数的角度来看，这些微流体方法比传统方法制造化学物质要低得多。”
发布于2020年2月11日
最后更新于2021年10月18日
