科研动态

变废为宝:二氧化碳发电•制氢创新技术的诞生

发行日 : 2019 / 06 / 19

– 利用水中溶解二氧化碳的简单化学反应,为缓解气候变暖做贡献

蔚山科学技术院(UNIST,院长:郑武英(音))能源与化学工程部金健泰(音)教授团队成功开发出了利用二氧化碳发电,制氢的“水系金属(锌,铝)-二氧化碳系统(Aqueous Zn or Al–CO₂System)”。
该系统是利用水中溶解二氧化碳发电的新型电池。在电化学反应过程中,不仅会消耗温室效应的罪魁祸首——二氧化碳,还可有效发电及制备氢气。
随着气候变暖等环境问题的恶化,二氧化碳捕集•利用•存储技术(CCUS)成为了全球科研工作者们面临的重要课题。
然而,气态二氧化碳的化学性质十分稳定,难以打破其化学键,将其转换成其他物质。为此,世界各国正努力研发能够有效转化二氧化碳的高新技术。
本研究利用二氧化碳溶于水后易转换为其他物质的特性为上述问题提供了一种解决方案。二氧化碳溶于水后,会使水中的氢离子(H⁺)浓度显著增加。水在向酸性转变的过程中,会伴随着电子(electron)的迁移,可以用来发电。
同燃料电池一样,该体系由阴极(金属锌或铝)、分离膜及阳极(催化剂)构成。与电池不同的是,在该体系中,催化剂浸于水中,阴极和导线相连。
发电过程中,二氧化碳将转化为碳酸氢钾,且转化率不低于57%。反应同时伴随着氢气的产生,可谓一石二鸟。
同研究团队去年发表的“金属钠–二氧化碳系统(Hybrid Na-CO₂system)相比,上述利用二氧化碳发电•制氢的技术在效率和安全性方面均得到了显著提升。
该系统由于使用了较传统材料更为经济的电极(金属)和分离膜,成本大幅下降。同时,还消除了爆炸隐患,十分安全。并且,发电功率和制氢速率等方面也得到了有效提升。
UNIST能源及化学工学部金健泰教授表示“该技术在快速、经济的消耗二氧化碳的同时,还能有效发电和制氢,是具有极高实用价值的全球顶尖原创技术。从很快就得到实证研究结果支持的这一点来看,该技术具有极大的商用化可能性。”
韩国科学技术信息通信部指出,本课题在科学技术信息通信部气候变化应对技术开发事业“Korea CCS 2020”的资助下完成,相关成果发表(2019.5.22.)在国际知名学术期刊德国应化(Angewandte Chemie)上。
论文题目:Highly Efficient CO₂ Utilization via Novel Aqueous Zn or Al-CO₂ Systems for H₂ and Electricity Production