用來制備碳納米管——溫室氣體CO2的華麗蛻變

材料牛注：談及溫室氣體CO₂，你是否想到日益上升的海平面，你是否想到面積逐年增大的沙漠。身為溫室效應的罪魁禍首，它深受詬病。不過，喬治·華盛頓大學的一項研究，可能使它成為人類社會的萬金油。

據Phys.org介紹，喬治·華盛頓大學去年提出了將CO₂轉換成碳納米管（CNTs）的方法。該方法可以將發電廠釋放的CO₂轉變為各種有價值的產品，這些產品在電池、電子產品、飛機、運動器械方面有著廣泛應用。

該項技術可以應用于任何一種發電廠，研究人員專門研究了其在聯合循環（CC）天然氣發電廠的應用。CC天然氣發電廠在各類發電廠中，能源效率最高，但排放大量的CO₂。這種技術在傳統CC發電廠的基礎上，增加了熔融碳酸鋰電解槽，使其成為聯合循環碳納米纖維（CC CNF）發電廠。通過電解的方法，使CO₂分解生成氧氣和固體碳納米纖維；通過加入適量的鎳，使碳納米纖維中空，形成CNTs。

研究人員對CC CNF發電廠進行了熱力學評估。評估發現，和傳統的CC發電廠和燃煤發電廠相比，此方法在熱力學方面是可行的。另外，該方法沒有碳固存，并且熱能的再循環使能源效率得到提高。生產過程中的熱能有很多來源，例如，鋰氧化物化學反應產生的能量；冷卻碳和氧產品獲得的能量；純氧（分解CO₂釋放純氧和CNTs）、空氣和天然氣的混合物燃燒釋放的能量；無須碳捕獲所節約的能量（相比于碳匯操作，碳捕獲需要更高的溫度）。

“這項技術可以將溫室氣體CO₂轉變為各種有價值的產品，從而改善由于CO₂造成的氣候變化。”喬治·華盛頓大學教授Stuart Licht告訴Phys.org，“生產CNTs比用化石燃料發電牟利更多，這將會刺激可持續發展的社會轉型。CNTs高強輕質，其強度超過鋼鐵或鋁的強度的20倍。CNTs有望取代市值數萬億美元的鋼鐵和鋁市場。CNTs也可以應用于納米電子學和新型給藥系統，并已成功應用于紡織業（如防彈衣）中。”

上圖左為傳統CC發電廠利用燃氣輪機將熱能轉換成機械能，由蒸汽機將剩余的熱轉換成機械能。圖右為CC CNF發電廠增加一個電解槽，將CO₂轉換成碳納米管，實現CO₂零排放。

研究表明，每消耗一噸甲烷燃料，傳統CC發電廠可以生產出價值$909的電量，排放2.74噸CO₂；相比之下，CC CNF發電廠可以生產出價值$835（比傳統的少8%）的電量，同時也生產出0.75噸價值$225000的CNTs，并且實現CO₂零排放。換句話說，價值更高的CNF和CNTs彌補了電輸出的少量減少。目前，CNTs的生產成本為$300000/噸，通過這種技術生產CNTs的成本是$2000/噸，不及當前CNTs?生產成本的1%。研究人員希望這種巨大的效益，使該項技術成為發電廠更好的選擇。另外，CNTs的收益是碳稅收（約$30/噸）的10000倍。研究人員預言，相比于碳稅收，CNTs的生產將會讓能源工業更有動力去減少碳的排放。

通過這種簡便、低成本的方法生產CNTs，可能會使其價格在未來降低，但經濟效益會擴散到其它行業。較低的CNTs價格會刺激CNT市場的增長，并對汽車、航空公司、風力渦輪機等行業產生積極影響。

目前，研究人員正致力于盡快將這項技術應用于實踐。Licht說：“我們正按比例放大該過程，檢驗該項技術應用于規模化生產的可實施性，這對該項目的快速部署和CO₂大量減排是一個挑戰。”

原文鏈接：Researchers assess power plants that?convert all of their CO₂?emissions into?carbon nanotubes

本文由編輯部王宇提供素材，朱曉秀編譯，劉宇龍審核。

材料牛網專注于跟蹤材料領域科技及行業進展，這里匯集了各大高校碩博生、一線科研人員以及行業從業者，如果您對于跟蹤材料領域科技進展，解讀高水平文章或是評述行業有興趣，點我加入編輯部。