CO22감소 반응 (CO2RR) 프로세스 "는 과감한 CO2감소 방법으로 관심을 끌고 있습니다 이것은 재생 에너지 (태양 전지 전력)를 사용하여 공기 중에 CO를 만듭니다22를 줄일뿐만 아니라 유용한 물질을 제공하는 획기적인 체계입니다 이번에는 Tohoku University의 학제 간 Science Frontier Research Institute의 Tomoi Takaaki 교수, Kazushi Iwase, 대학의 다 분야 연구 연구소, Alexander Guzman 최고 연구원 Alexander Guzman, National Advanced Industrial Instit 열수 반응 필드로 알려진 CO2RR 공정의 효율을 향상시키는 데 사용될 수 있습니다 CO2, CO2High확산 계수(주 3)그리고 용해도는 CO로 전극으로 이어집니다2공급이 가속화 될 때 공정의 에너지 효율이 크게 향상 될 수 있음이 밝혀졌습니다 또한, 재생 가능한 에너지 유래 바카라 외에도 공장에서 사용하지 않은 저온 폐열을 사용하여 CO2기술 평가에 따르면 "탄소 음성"흡수를 갖는 기본 화학 물질 (메탄올)의 합성이 배출량을 초과한다는 것이 밝혀졌습니다
이 연구 결과는 American Chemical Society에서 발행 한 학술 저널입니다고급 지속 가능한 시스템에 게시되었습니다 2024 년 11 월 6 일
연구 배경
화학 산업의 탄소 중립 및 탄소 음성, 에너지뿐만 아니라 수축 화학 원료가 필요합니다 폐기물 플라스틱, 바이오 매스, CO2를 만들기 위해 프로세스가 개발되고 있습니다 화학 원료, CO는 재생 에너지에서 파생 된 바카라와 함께 사용됩니다2화학 원료2감소 반응 (CO2RR) 프로세스는 과감한 CO2감소 방법이 될 것으로 예상됩니다 그러나 CO2RR 공정의 낮은 에너지 효율은 실제적인 사용에 대한 주요 과제였습니다
이 이니셔티브
연구 그룹은 기존 CO2RR 공정의 문제를 해결하기 위해 열수 반응 필드로 알려진 바카라 고압 수질 환경을 사용하는 새로운 접근법을 제안했습니다 150 ° C의 열수 조건 하에서, 물에서 CO2의 확산 계수를 여러 배나 촉진하는 것으로 입증되었다 이것은 원하는 전류 밀도를 달성하는 데 필요한 전압이 억제되고 에너지 효율이 향상됨을 확인했다 (도 1)
바카라 화학 반응이 고온으로 촉진됨에 따라 산업용 물 바카라 분해는 실온보다 높은 조건에서 작동됩니다 그러나 가스가 온도가 증가함에 따라 물의 용해도가 감소하므로 온도가 CO로 증가합니다2용해도가 감소합니다 CO2RR 공정의 경우, 과도한 온도는 효율을 감소시키는 것으로 알려져 있습니다
이 연구에서 CO는 150 ° C의 바카라 조건에서도 이용 가능합니다2압축이 적용되어 100 대기의 고압 환경을 생성하고 CO2의 용해도를 극복합니다 바카라으로 감소합니다 물은 액체 상태를 유지하고 더 높은 CO2용해도를 갖는 바카라, 고압 수 환경을 활용하면 효율적인 CO2RR 공정이 달성됩니다
바카라 환경을 만들려면 에너지가 필요하지만, 공장에서 사용되지 않은 저온 폐 열로 보상되면 잉여 에너지 소비가 줄어 듭니다 프로세스 시뮬레이터를 사용하여 에너지 소비의 관점에서 기술 평가가 수행되었으며 CO2를 방출하는 기존의 메탄올 생산 시스템과 비교하여 이제 산업 폐열 및 재생 가능 에너지를 이용하여 메탄올 생산에 CO를 생성하는 데 사용됩니다2이것은 탄소 음의 배출 가능성을 나타내며 부정적인 배출량을 나타냅니다
미래 개발
이번에는 공장에서 사용하지 않은 저온 폐열과 재생 에너지에서 파생 된 전력을 활용합니다2를 효율적으로 감소시키고 재활용하는 새로운 탄소 및 열 순환 체계를 제안하고 완전히 재활용 된 탄소 인 사회를 실현하는 화학 산업의 변형에 기여하는 것을 목표로합니다 (그림 2) 연구팀은 기술 연구, 대규모 산업 응용 프로그램의 프로세스 설계 및 데모 실험을 수행하여 효율성을 더욱 향상시킬 계획입니다
이 연구에 사용 된 열수 반응 필드는 또한 고농도의 유기물이 용해 될 수있는 환경이기도합니다2가 포함될뿐만 아니라 폐기물 플라스틱 및 바이오 매스의 고효율 바카라 화학 전환 및 자원 전환을 달성 할 수 있습니다 연구 그룹을 이끌고있는 Tomoi 교수는 결과의 중요성을 언급하면서 "우리는 수열 반응 필드를 사용한 전해 기술이 차세대 지속 가능한 재활용 기반 사회에서 중요한 역할을 할 것으로 기대합니다"
그림 1 (a) 각 온도에서의 전류-전압 곡선 (양극 백금 판, 음극 금속 플레이트, 100 대기, CO2포화 KHCO3(카타스 륨 중탄산염) 용액), (b) 각 온도에서의 생성물 (포르 메이트, 메탄올, 아세테이트, 에탄올, 코 (일산화탄소), 수소) (~ 100 ma/cm2조건에서 결과) 온도 상승에 따라 전류 밀도가 증가함에 따라, 더 낮은 전압에서도 등가 반응을 수행 할 수있다 (에너지 효율 향상)
(원본 용지의 다이어그램을 수정하여 사용, Tomai et al (2024))
그림 2 미사용 저온 폐열 및 재생 가능 에너지 사용 사용2화학 원료로
이 연구는 일본 과학 기술 기관 (JST)의 신흥 연구 지원 프로젝트의 보조금으로 수행되었습니다 또한이 백서를 출판 할 때 Tohoku University의 "Open Access 홍보를위한 APC 지원 프로젝트"로부터 지원을 받았습니다
제목 : 열수 조건은 바카라 화학 CO2 환원 반응을 향상시킵니다 : 효율적인 탄소 재활용에 대한 지속 가능한 경로
저자 : Takaaki Tomoi*(Tohoku University, Disciplinary Science Frontier Research Institute), Alexander Guzman*(바카라 커뮤니티), Sato Takeshi (Utsunomiya University), Iwase Kazushi (Tohoku University의 다 분야 자료 과학 연구소)
*책임있는 저자 : Tohoku University, Disciplinary Sciences의 프론티어 연구소 교수
Alexander Guzman, 국립 선진 산업 과학 기술 연구소 최고 연구원
게시 된 잡지 :고급 지속 가능한 시스템
doi : 101002/adsu202400489
URL :https : //doiorg/101002/adsu202400489