二氧化碳反应堆合成火星燃料

张天宇石墨烯小瓶

辛辛那提大学化学工程系的学生田宇张举起一小块石墨烯作为催化剂,将二氧化碳转化成甲烷。信贷:安德鲁·希格利/加州大学创意

路边的加油站">火星? 化学工程师预见到了这种可能性。

辛辛那提大学的工程师们正在开发新的方法来将温室气体转化为燃料,以应对气候变化,并将宇航员从Mars带回家。

加州大学工程与应用科学学院助理教授吴景杰和他的学生在反应器中使用碳催化剂将二氧化碳转化为甲烷,称为“萨巴蒂尔反应”已故法国化学家保罗·萨巴蒂尔(Paul Sabatier)说,国际空间站利用这一过程从宇航员呼吸的空气中清除二氧化碳,并生成火箭燃料,使空间站保持在高轨道。

但吴的想法要大得多。

吴敬杰与张天宇

加州大学化学工程助理教授吴景杰(左)和博士生张天宇(右)正在试验不同的催化剂,将二氧化碳转化为可储存燃料,以应对气候变化。来源:安德鲁·希格利/加州大学创新中心

火星大气几乎完全由二氧化碳组成。吴说,宇航员到达火星后,只要在火星上制造所需的燃料,就可以节省回火星所需燃料的一半。

“这就像火星上的一个加油站。你可以很容易地通过这个反应堆泵送二氧化碳,并为火箭生产甲烷,”吴说。

坎特伯雷大学的研究发表在《华尔街日报》上自然传播来自莱斯大学、上海大学和华东理工大学的合作者。

吴开始了他的化学工程生涯,研究电动汽车燃料电池,但大约10年前开始在他的化学工程实验室研究二氧化碳转化。

催化剂将二氧化碳转化为甲烷

加州大学化学工程师吴景杰支撑着反应器,催化剂将二氧化碳转化为甲烷。加州大学的研究使他对科学家能够从大气中去除二氧化碳持乐观态度。来源:安德鲁·希格利/UC Creative+布兰德

“我意识到温室气体将成为社会的一个大问题,”吴说。“许多国家意识到二氧化碳是我们社会可持续发展的一个大问题。这就是为什么我认为我们需要实现碳中和。”

拜登政府制定了一个目标,即到2030年实现温室气体污染物减少50%,到2050年实现依赖可再生能源的经济。

“这意味着我们必须回收二氧化碳,”吴说。

吴和他的学生,包括主要作者和加州大学博士生张天宇,正在试验不同的催化剂,如石墨烯量子点——只有纳米大小的碳层——可以增加甲烷的产量。

“现在我们有多余的绿色能源,我们可以扔掉。我们可以将多余的可再生能源储存在化学品中。”

吴景杰,加州大学化学工程助理教授

吴说,这一过程有助于缓解气候变化。但它在生产副产品燃料方面也具有巨大的商业优势。

“这一过程的生产率是10年前的100倍。因此,你可以想象,进步会越来越快,”吴说。“在未来10年,我们将有许多初创公司将这一技术商业化。”

吴的学生使用不同的催化剂不仅生产甲烷,而且生产乙烯。乙烯被称为世界上最重要的化学品,用于制造塑料、橡胶、合成服装和其他产品。

“绿色能源将非常重要。在未来,它将代表一个巨大的市场。所以我想致力于此,”张说。

实验反应堆使用石墨烯量子点

一个实验反应堆使用石墨烯量子点作为催化剂将二氧化碳转化为甲烷

吴说,当与太阳能或风能等可再生能源相结合时,二氧化碳合成燃料在商业上更加可行。

他说:“现在我们有多余的绿色能源,我们可以扔掉。我们可以把多余的可再生能源储存在化学品中。”。

该工艺可用于发电厂,可产生数吨二氧化碳。而且它是有效的,因为转化可以在产生过量二氧化碳的地方进行。

吴敬杰

加州大学化学工程师吴景杰正在试验不同的催化剂,将二氧化碳转化为甲烷等燃料,以应对气候变化。信贷:安德鲁·希格利/加州大学创意

吴说,二氧化碳燃料生产的进步使他更加相信人类将在他的有生之年踏上火星。

“现在如果你想从火星回来,你需要携带两倍的燃料,这是非常重的,”他说。“在未来,你将需要其他燃料。因此,我们可以从二氧化碳中生产甲醇,并利用它们生产其他下游材料。也许有一天我们可以在火星上生活。”

参考文献:“石墨烯量子点上官能团的调节指导选择性CO2.切赫4.“转换”由张天宇、李卫涛、黄凯、郭华章、李正元、方延波、拉姆·马诺哈·亚达夫、维塞林·沙诺夫、普利克尔·M·阿贾扬、王亮、程连和吴敬杰于2021年9月6日编写,自然传播.
内政部:10.1038/s41467-021-25640-1

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