目前,二氧化碳的排放量已经超过每年40Gt,仅人类呼吸,一年的二氧化碳排放量就超过2.7Gt,而要捕获这种气体,则需要27Gt的吸附剂(10%w/w的容量)。
将二氧化碳(CO2)转化为增值产品不仅可以控制过量的CO2排放,还可以减少化石资源的消耗,从而实现更可持续的能源经济。目前比较前沿的技术是直接将CO2还原制成高价值化学品或者燃料。上周五,Science一天刊发两篇研究论文,报道了CO2还原的最新进展(点击阅读详细论文解读)。
今天,韩国科学技术院(KAIST)的CaferT.Yavuz教授等人在Science报道了关于甲烷干重整技术的最新研究进展,这一研究被认为是减少CO2排放,缓解温室效应的另一有效举措。日本产业技术综合研究所(AIST)徐强教授和陈立宇博士应邀撰写评述论文,并总结了用于甲烷干法重整反应的抗积碳、抗烧结催化剂的研究进展。
甲烷干重整
理论上讲,在不进行基础设施大修的情况下,将二氧化碳重新生产为燃料或化学品可能会产生明显的负排放。例如,如果氢气生产(目前为每年60Mt)来自干法重整而不是蒸汽重整,则每年将减少近0.5Gt的二氧化碳。在“零净排放能源系统”设计中,吸热重整反应还可以以合成气或其他合成燃料的形式存储非高峰能量。理论上,重整反应可以以每年20-30Gt的规模生产合成气,为化工行业、燃料电池用氢气、发电厂和车用燃料提供原料,同时大大减少CO2的排放。通过高效催化剂再将合成气转化为甲醇和DME,可以消耗与天然气相同重量的二氧化碳,同时避免了蒸汽重整反应对干旱国家的巨大用水压力。干法重整反应是在不破坏现有基础设施的情况下解决过量CO2排放的一种非常有希望的途径。
利用甲烷干重整(DRM)将CO2转化为合成气,可以用于合成氢气、甲醇和各种烃类燃料。DRM是在-℃的工作温度下发生的强吸热反应,需要多相催化剂才能有效地转化CH4和CO2。研究人员已经对许多负载型金属催化剂进行了研究,其中负载在氧化物上的Ni基催化剂(MgO或ZrO2)因其低成本和高活性的优势而备受