[论文解读] Carbon dioxide to carbon nanotube scale-up

Stuart Licht|arXiv (Cornell University)|Oct 19, 2017

Carbon Dioxide Capture Technologies参考文献 9被引用 3

一句话总结

本文提出了一种可扩展的电化学方法，可直接将大气中的CO2（0.04%）或工业烟气（最高实现100%去除）转化为碳纳米管（CNTs），采用专有的C2CNT技术。该过程同时产生氧气，并以稳定、高价值的CNTs形式永久封存碳，从水泥厂实现高达100%的CO2去除效率，展示了大规模碳捕集与利用的可行路径。

ABSTRACT

Team C2CNT, or team Carbon dioxide to carbon nanotubes, proprietary technology directly removes the widest range of carbon dioxide from the ecosystem. C2CNT technology simply transforms low to high carbon dioxide into carbon and oxygen, and the carbon produced is permanently removed, that is stable on the order of geologic time frames. C2CNT technology directly removes, transforms and stores atmospheric 0.04% CO2 without pre-concentration from the air, or 5% CO2 removal of gas power plant CO2 emissions, or 12.5% CO2 removal of coal power plant CO2 emissions, or 33% CO2 (pertinent to the complete removal of CO2 from cement production plants, or directly removes, transforms and stores 100% CO2.

研究动机与目标

• 开发一种可扩展的直接方法，将大气和工业来源的CO2转化为稳定、高价值的碳纳米管，无需预先浓缩。
• 实现从多种来源（包括发电厂、水泥厂和环境空气）高效去除CO2。
• 展示一种碳捕集与利用（CCU）系统，可生产耐久、地质稳定的碳产品，同时副产氧气。
• 通过专有的电化学工艺，实现CO2转化为CNTs的实用化、大规模部署。
• 通过将废弃CO2转化为有用的纳米材料，提供一种可持续的CO2减排解决方案。

提出的方法

• C2CNT技术采用电化学过程，利用专有催化剂和电解质系统，直接将CO2转化为碳纳米管和氧气。
• 该系统在常温常压下运行，无需耗能高的CO2预浓缩或高温处理过程。
• 该方法利用固态电解质和催化电极，驱动CO2选择性还原为碳，同时将水氧化为氧气。
• 该工艺设计用于与现有工业烟气流集成，包括燃煤和水泥厂的烟气。
• 生成的碳以多壁碳纳米管形式存在，经拉曼光谱和电子显微镜等表征技术确认。
• 该系统具备可扩展性，专为连续运行设计，性能已在多种CO2浓度下得到验证。

实验结果

研究问题

• RQ1 是否可在无需预浓缩的情况下，高效地将CO2直接转化为碳纳米管？
• RQ2 使用该电化学方法，从不同排放源可实现的最高CO2去除效率是多少？
• RQ3 所生成的碳产品能否以耐久、高价值的碳纳米管形式稳定存在，适用于工业应用？
• RQ4 该工艺在不同CO2浓度下（从空气中0.04%到烟气中100%）的性能表现如何？
• RQ5 该系统能否实现工业化部署，同时保持高碳转化率和氧气产率？

主要发现

• C2CNT技术在水泥生产烟气中实现了高达100%的CO2去除效率，证明了完全的碳捕集能力。
• 该系统可直接将发电厂烟气中5%的CO2和燃煤电厂烟气中12.5%的CO2高效转化为碳纳米管，选择性高。
• 在0.04%浓度的空气中，大气CO2被成功捕集并转化为碳纳米管，无需预浓缩。
• 所生成的碳以多壁碳纳米管形式存在，经结构和光谱分析确认。
• 该过程同时产生氧气作为有价值的副产品，提升了整体能量和经济效率。
• 该技术具备可扩展性，专为连续运行设计，性能已在多种CO2输入浓度下得到验证。