全球变暖,厄尔尼诺——这是我们耳熟能详的环保概念词语。而众所周知,全球变暖的罪魁祸首就是二氧化碳。仅2014年,美国一个国家的化石燃料燃烧便产生出52亿吨二氧化碳,其中很大部分来自于发电厂的尾气。在可再生能源技术还不成熟,化石能源依旧占据主导位置的背景下,高效地将尾气二氧化碳进行回收或者转化则成为了一种可选的方案。
George Washington University的Stuart Licht 研究团队在去年发明了一种技术,可将二氧化碳尾气转化为碳纳米管。技术的细节为使用氧化锂,在电解状态下,反应的净结果为二氧化碳分解为碳和氧气。在反应过程中通过调节氧化锂浓度等参数可以使得碳产物为碳纳米纤维或者碳纳米管等具有高附加值的产品。
考虑到这项技术的使用背景为复合循环式天然气发电厂,该研究组又详细地进行了热力学计算。虽然这种技术还处于概念阶段,但计算表明其在经济上完全可行,甚至还会提高发电厂的能量使用效率。根据他们的计算结果,普通发电厂每消耗一吨甲烷燃料,发电厂可以得到价值$909的电力并释放出2.74吨二氧化碳。而利用这种技术的复合循环电厂在消耗等量的燃料下能生产出价值 $835的电力,虽然比传统发电厂要小,但是却可以同时生产出价值$225,000的碳纳米管,并且没有二氧化碳尾气产生。
这项技术的最大亮点在于:在治理环境问题的同时又生产出有价值的产品。发电的同时还生产出高价值的碳材料,而这些碳材料的价值甚至比发电创造的价值还要高。比如,碳纳米管质轻,强度是钢铁的20倍,甚至已经在防弹衣中出现,在纳米电子学与医学领域,碳纳米管也开始崭露头角。
研究者现在也正在不遗余力地将这项技术进行工业化推广。
参考文献
Ren, J.; Li, F.-F.; Lau, J.; González-Urbina, L.; Licht, S., One-Pot Synthesis of Carbon Nanofibers from CO2. Nano Letters 2015, 15 (9), 6142-6148.
Lau, J.; Dey, G.; Licht, S., Thermodynamic assessment of CO2 to carbon nanofiber transformation for carbon sequestration in a combined cycle gas or a coal power plant. Energy Conversion and Management 2016, 122, 400-410.
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