CO2并将其转化为资源2“还原反应（CO2RR）过程”是自由基CO2作为一种还原方法正在引起人们的关注。它使用可再生能源（太阳能电池电力）来减少空气中的二氧化碳。22而且还产生有用的物质。这次，由东北大学跨学科前沿研究所的 Takaaki Takaaki 教授、东北大学多学科材料科学研究所的 Kazushi Iwase 讲师、国立先进产业技术研究所的首席研究员 Alexander Guzman 和宇都宫大学的 Takeshi Sato 教授组成的研究小组证明，通过使用被称为水热反应场的高温高压水环境，可以提高 CO2RR 过程的效率。二氧化碳2在150℃、100atm加压的高温高压水条件下进行电解时8712_8757|2高扩散系数（注3）CO 进入电极和溶解度2已经发现，由于加速供应，可以显着提高该过程的能源效率。此外，除了来自可再生能源的电力外，使用工厂未使用的低温废热也可以减少二氧化碳2我们通过技术评估证明，合成吸收量超过排放量的“碳负”基础化学品（甲醇）是可能的。
此研究成果发表在美国化学会出版的学术期刊上先进的可持续系统2024 年 11 月 6 日。
研究背景
要使化工行业实现碳中和甚至负碳，不仅需要使用能源，还需要从化工原料中消除化石资源。废塑料、生物质、CO2转化为化工原料2转化为化学原料2还原反应(CO2RR)过程是自由基CO2预计是一种还原方法。然而，CO2RR工艺的低能源效率一直是实际应用的主要挑战。
这项举措
研究小组提出了一种利用高温高压水环境（称为水热反应场）的新方法来解决传统CO2RR工艺的问题。 150℃水热条件下，CO2的扩散系数来促进电化学反应（电流密度增加）。多次。我们证实，这可以降低实现所需电流密度所需的电压并提高能源效率（图 1）。
电化学反应随着温度升高而加速，因此例如工业水电解是在高于室温的温度下进行的。但随着温度升高，气体在水中的溶解度降低；2导致溶解度下降。就 CO2RR 工艺而言，众所周知，过高的温度会降低效率。
在这项研究中，即使在 150°C 的高温条件下，CO22通过加压并创造100个大气压的高压环境，CO2的溶解度问题因高温而减少。甚至更高的 CO2使用具有溶解度的高温高压水环境可以实现高效的 CO2RR 工艺。
创造高温环境需要能源，但如果用工厂未使用的低温废热来补充，可以减少多余的能源消耗。使用过程模拟器从能源消耗的角度进行技术评估的结果，CO22碳负排放的可能性已被证明。
未来发展
这一成果是通过利用工厂未使用的低温废热和来自可再生能源的电力以及二氧化碳而实现的2，旨在为化学工业向实现完全碳循环社会的转型做出贡献（图2）。未来，研究团队计划继续开展进一步提升效率的技术研究、大规模工业应用的工艺设计和示范实验。
另外，本研究采用的水热反应场是可以溶解高浓度有机物的环境，以及CO2领导该研究小组的 Tomoi 教授描述了研究结果的意义：“预计利用水热反应场的电解技术将在下一代可持续、循环型社会中发挥重要作用。”
图1(a)各温度下的电流-电压曲线（阳极铂板、阴极金板、100个大气压、CO2饱和 KHCO3（碳酸氢钾）溶液），(b) 各温度下的产物（甲酸盐、甲醇、乙酸盐、乙醇、CO、氢气）(~100 mA/cm2条件结果）。由于电流密度随着温度升高而增加，因此即使在较低的电压下也可以进行相同的反应（提高能量效率）。
（修改并使用原始论文 Tomai 等人（2024）中的数字。）
图2利用工厂未使用的低温废热和可再生能源来产生二氧化碳2成为化工原料。
这项研究得到了日本科学技术振兴机构 (JST) 紧急研究支持项目“利用水热电解实现碳和热循环的新方案”(JPMJFR206W) 的支持。此外，本文的发表还得到了东北大学“促进开放获取的APC支持项目”的支持。
标题：水热条件增强电化学二氧化碳还原反应：高效碳回收的可持续途径
作者：友井隆明*（东北大学跨学科科学前沿研究所），亚历山大·古兹曼*（米乐m6官方网站）、Tsuyoshi Sato（宇都宫大学）、Kazushi Iwase（东北大学综合材料科学研究所）
*通讯作者：东北大学交叉科学前沿研究所，友井隆明教授
米乐m6官方网站首席研究员亚历山大·古兹曼
已出版的杂志：先进的可持续系统
DOI：101002/adsu202400489
网址：https://doiorg/101002/adsu202400489