法國國家科學研究中心(CNRS)的研究人員于2010年11月13日宣布,正在研究開發二步法太陽能熱化學工藝,以便使排放的CO2進行循環利用和改質,用于生產合成燃料。這一技術已發表在美國化學學會雜志《能源與燃料(Energy & Fuels)》上。
這些途徑在二個分開的步驟中,由將二氧化碳分解生成一氧化碳和氧氣來組成。富含Zn- 和SnO-的納米粉末首先在高溫太陽能化學反應器中,通過ZnO 和SnO2的熱離解而予以合成;生成的納米顆粒然后可與CO2進行有效地反應,CO2生成CO和初始的金屬氧化物,金屬氧化物可被循環使用。
被聚集的太陽能可為高溫過程提供必要的熱量。金屬氧化物(ZnO/Zn和 SnO2/Sn)雖然在每一個單獨的反應中參與反應,但在整個化學閉路過程中不被消耗,這是因為其進行了循環利用,因此,可被作為二氧化碳分解反應使用的催化劑。
這種轉化方式有以下優點:(1)從煙廢氣生成CO,它比CO2具有較高的能勢,(2)循環利用從有污染物的工業排放的CO2,因此可避免CO2排放,(3)將太陽能儲存在化學燃料中,其量與反應的焓變化(ΔH° = 283 kJ/mol)相等,(4)無論是合成氫(從水氣變換,CO + H2O → CO2 + H2)或甚至是液體燃料,如甲醇,由CO與H2相結合而成,都可實現H2儲存,(5)從CO2、H2O和太陽能的供入,可生成各種形式的合成燃料,包括費托合成化學品,因此可達到太陽能驅動的反相燃燒和節約化石燃料。
這一反應器在受控氣氛(N2或空氣流)中和在減壓(約20 kPa, 0.2巴)及反應溫度約1600 °C下進行操作。
研究人員已發現,生成的納米粉末與標準的商業化粉末相比,與CO2有較高的反應活性。Zn可在360 °C下被CO2氧化,具有高的反應速率和大于90%的最終的化學轉化率。CO2采用SnO離解,需要高溫(約800 °C),反應速率低于使用Zn。同時也發現,CO2數量的影響也是重要的,因為反應速率隨CO2分子分數的增大而提高。
研究人員已在固定床反應器中,采用太陽能產生的Zn粉末進行了CO2分解的一系列概念化實驗。在數秒時間內就可得到幾乎完全的化學轉化率,這表明,這種通用的反應器技術可望大規模內適用于進行固體/氣體反應。
(審核編輯: 智匯小新)
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