新技术将二氧化碳转化为碳氢燃料

USC Viterbi研究人员与国家可再生能源实验室（NREL）的合作伙伴，致力于将二氧化碳（CO2）转换为碳氢燃料和可用材料的技术。

研究小组发现了一种金属碳化物纳米粒子（碳和金属的化合物），可以将二氧化碳转化为燃料。首次可以在低温下持续生产颗粒。

这意味着这些颗粒可以以工业规模生产，成本低廉，对环境的影响最小，为减少世界温室气体的排放提供了重要的方法。

南加州大学Viterbi分校莫克家族化学工程与材料科学系教授Noah Malmstadt与NREL的Frederick G. Baddour和南加州大学化学教授Richard Brutchey合作。他们的工作发表在《美国化学学会杂志》上。

Malmstadt说，该项目的目的是捕获来自烟道等排放源的碳排放，然后将其转化为可用的燃料，而纳米颗粒则充当催化剂来促进反应。

“简单来说，我们正在将二氧化碳从碳氧键转变为碳氢键。也就是说，我们正在将二氧化碳重新转化为碳氢化合物。”

碳氢化合物是基本燃料。人们可以将它们转变为燃料化学品，例如甲烷或丙烷。或者也可以将它们用作化学合成的基础，制造更复杂化学物质。”

他说，碳氢化合物也是“原料”化学物质，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以及碳氢燃料的材料。

Malmstadt说，到现在为止，制造催化剂颗粒的过程都是非常耗能的，这使其成为转换碳排放量的不切实际的解决方案。碳化物是通过将材料加热到高于600摄氏度的温度的过程生成的，该过程使控制颗粒的尺寸变得困难，这影响了它们作为催化剂的有效性。

他还说，相比之下，研究小组使用的是微流体反应器工艺。这是一种非常小的化学反应器，具有最小的环境足迹。这意味着可以在低至300摄氏度的温度下进行反应，从而产生更小，更均匀的颗粒，这使其成为将CO2转化为碳氢化合物的理想选择。

“我们正在使用绿色化学方法可持续地生产这些颗粒，” Malmstadt说。

他说：“化学反应器系统在小于一毫米的通道中运行，与传统的反应器相比，具有许多优势，特别是在制造非常均匀且质量很高的材料方面。”

Malmstadt说，所得的纳米粒子具有非常高的表面积/质量比。因此，对于催化剂中的每种金属，人们将获得更多可以进行化学反应的活性表面积。”

他还说，可以将反应过程与超级计算机随时间演变的方式进行比较。如何将它们安置在大型实验室中，并需要巨大的存储库和高能耗的冷却系统。相比之下，当今的分布式或基于云的超级计算机系统仅仅是并行运行并共享资源的标准计算机的网格。

Malmstadt说：“因此，采用这种方法来扩大化学生产规模将是相同的思路。与其使用大型化学反应器，不如使用很多这样的毫流体反应器，将它们并行运行即可。与碳化物纳米颗粒的大规模化学反应器生产相比，该工艺还可以节省大量成本。”

“这为扩大化学反应的规模提供了一种简便的方法，并且从能源使用的可持续性，以及生产这种材料的工时的角度来看，这些毫流体方法比传统途径制造化学药品更加省钱。”Malmstadt说。