我国科学家用废旧电池将二氧化碳转化为燃料

我国科学家用废旧电池将二氧化碳转化为燃料2月1日，记者从华中科技大学获悉，该校化学与化工学院夏宝玉教授团队利用回收的废旧电池，将二氧化碳转化为具有高经济价值的甲酸。“这项技术的经济价值十分可观。”夏宝玉说，团队设计的二氧化碳电解反应器能在高效稳定运行的基础上实现面积与产量40倍放大。按照当前市场成本估计，每电解产生1吨甲酸，就将获得244美元盈利，并有望实现工业化应用。相关研究成果日前发表于《自然》杂志。（科技日报）

麻省理工学院的突破：有效地从海洋中清除二氧化碳

麻省理工学院的突破：有效地从海洋中清除二氧化碳最近，直接从海水中清除二氧化碳的可能性已经成为缓解二氧化碳排放的另一种有希望的可能性，这种可能性甚至有可能在某一天导致整体净负排放。但是，像空气捕捉系统一样，这个想法还没有导致任何广泛的使用，尽管有一些公司试图进入这个领域。现在，麻省理工学院的一个研究小组说，他们可能已经找到了一个真正高效和廉价的清除机制的关键。最近，麻省理工学院教授T.AlanHatton和KripaVaranasi，博士后SeoniKim，以及研究生MichaelNitzsche、SimonRufer和JackLake在《能源与环境科学》杂志上报告了这一发现。现有的从海水中去除二氧化碳的方法是在一堆膜上施加电压，通过水的分裂来酸化原料流。这将水中的碳酸氢盐转化为二氧化碳分子，然后可以在真空下将其去除。哈顿是拉尔夫-兰道化学工程教授，他指出，膜是昂贵的，而且需要化学品来驱动堆栈两端的整体电极反应，进一步增加了费用和过程的复杂性。他说："我们想避免向阳极和阴极半电池引入化学品的需要，并尽可能避免使用膜。"从海洋脱盐厂去除二氧化碳最初，该系统可以使用现有的或计划中的已经处理海水的基础设施，如海水淡化厂，但该系统是可扩展的。这个效果图显示了新方法也可以被船舶和海上平台所使用。该团队想出了一个由无膜电化学电池组成的可逆过程。反应电极被用来向送入细胞的海水释放质子，推动水中溶解的二氧化碳的释放。该过程是循环的。它首先酸化水，将溶解的无机重碳酸盐转化为分子二氧化碳，在真空下作为气体收集。然后，水被送入第二组具有反向电压的电池，以恢复质子并将酸性水转为碱性，然后再将其释放回海中。一旦一组电极的质子被耗尽（在酸化过程中），另一组电极在碱化过程中被再生，这两个电池的作用就会定期地被颠倒过来。机械工程系教授瓦拉纳西说，这种去除二氧化碳和重新注入碱性水的方法可以慢慢开始扭转，至少在局部地区，由二氧化碳堆积造成的海洋酸化，反过来又威胁到了珊瑚礁和贝类。他们说，碱性水的再注入可以通过分散的出口或离岸较远的地方进行，以避免局部的碱度飙升而破坏生态系统。Varanasi说："我们将无法处理整个地球的排放物。但在某些情况下，可能会在养鱼场等地方进行再注入，这些地方往往会使水酸化，所以这可能是一种帮助抵消这种影响的方式。"一旦二氧化碳从水中被移除，它仍然需要被处理掉，就像其他碳清除过程一样。例如，它可以被埋在海底深处的地质构造中，或者可以通过化学方法转化为像乙醇这样的化合物，可以用作运输燃料，或者转化为其他特种化学品。"你当然可以考虑将捕获的二氧化碳作为化学品或材料生产的原料，但你不可能将其全部作为原料，"Hatton说。"你会为你生产的所有产品耗尽市场，所以无论如何，大量捕获的二氧化碳将需要被埋在地下。""至少在最初，我们的想法是将这种系统与现有的或计划中的已经处理海水的基础设施结合起来，如海水淡化厂。"Varanasi说："这个系统是可扩展的，因此我们可以把它潜在地整合到已经在处理海水或与海水接触的现有过程中。在那里，二氧化碳的去除可以成为现有工艺的一个简单附加物，这些工艺已经将大量的水送回大海，而且它将不需要像化学添加剂或膜这样的消耗品。有了海水淡化厂，你已经在泵送所有的水，所以为什么不在那里共建？与你移动水的方式有关的一堆资本成本，以及许可，所有这些都可以已经被处理了。"该系统也可以由船舶实施，在行驶过程中处理水，以帮助减轻船舶交通对整体排放的重大贡献。目前已经有了降低航运排放的国际规定，这可以帮助航运公司抵消一些排放，并将船舶变成海洋洗涤器。该系统也可以在海上钻井平台或水产养殖场等地方实施。最终，它可能导致在全球范围内部署独立的碳清除工厂。这个过程可能比空气捕集系统更有效，因为海水中的二氧化碳浓度是空气中的100倍以上。在直接空气捕集系统中，首先需要捕集和浓缩气体，然后再回收它。然而，海洋是大型的碳汇，所以捕获步骤已经完成了。"没有捕获步骤，只有释放"。这意味着需要处理的材料量要小得多，可能会简化整个过程，并减少对足迹的要求。研究正在继续，其中一个目标是找到一个替代目前需要真空来从水中去除分离的二氧化碳的步骤。另一个需求是确定操作策略，以防止矿物质的沉淀，这些矿物质会弄脏碱化池的电极，这是一个固有的问题，会降低所有报告的方法的整体效率。研究团队在这些问题上已经取得了重大进展，但现在报告这些问题仍为时过早。预计该系统可以在大约两年内准备好用于实际示范项目。"二氧化碳问题是我们生活、我们生存的决定性问题，"Varanasi说。"所以很明显，我们需要我们能得到的所有帮助。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1346825.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1346825.htm

碳的炼金术：麻省理工学院设计出革命性的二氧化碳转化技术

碳的炼金术：麻省理工学院设计出革命性的二氧化碳转化技术如果将这一工艺扩大到工业用途，将有助于从发电厂和其他来源清除二氧化碳，从而减少排放到大气中的温室气体数量。麻省理工学院的化学工程师们证明，通过使用DNA将催化剂（蓝色圆圈）拴在电极上，可以使二氧化碳转化为一氧化碳的效率大大提高。图片来源：麻省理工学院ChristineDaniloff革命性的脱碳技术"这将能够从排放物或溶解在海洋中的二氧化碳中提取二氧化碳，并将其转化为有利可图的化学品。"保罗-库克（PaulM.Cook）化学工程职业发展助理教授、该研究的资深作者阿里尔-弗斯特（ArielFurst）说："这确实是一条脱碳之路，因为我们可以把二氧化碳这种温室气体转化为对化学生产有用的东西。"这种新方法利用电力进行化学转换，催化剂通过DNA链系在电极表面。DNA就像尼龙搭扣一样，将所有反应成分紧紧粘在一起，使反应比所有成分都漂浮在溶液中更有效率。Furst创办了一家名为HelixCarbon的公司，以进一步开发这项技术。麻省理工学院前博士后GangFan是这篇论文的第一作者，论文发表在《美国化学学会学报》（JournaloftheAmericanChemicalSocietyAu）上。其他作者包括：21岁的NathanCorbin博士、23岁的MinjuChung博士、麻省理工学院前博士后ThomasGill和AmrutaKarbelkar以及23岁的EvanMoore。分解二氧化碳要将二氧化碳转化为有用的产品，首先需要将其转化为一氧化碳。其中一种方法是用电，但这种电催化所需的能量过于昂贵。为了降低成本，研究人员尝试使用电催化剂，这种催化剂可以加快反应速度，减少系统所需的能量。用于该反应的一种催化剂是一类被称为卟啉的分子，这种分子含有铁或钴等金属，结构类似于血液中携带氧气的血红素分子。在这种电化学反应中，二氧化碳溶解在电化学装置内的水中，该装置包含一个驱动反应的电极。催化剂也悬浮在溶液中。然而，这种装置的效率并不高，因为二氧化碳和催化剂需要在电极表面相遇，而这种情况并不常见。为了使反应更频繁地发生，从而提高电化学转换的效率，Furst开始研究如何将催化剂附着在电极表面。DNA似乎是这种应用的理想选择。她说："DNA的成本相对较低，你可以用化学方法对其进行修饰，并且可以通过改变序列来控制两条链之间的相互作用。它就像一种序列特异的魔术贴，具有非常强但可逆的相互作用，你可以对其进行控制。"为了将单股DNA连接到碳电极上，研究人员使用了两个"化学手柄"，一个在DNA上，另一个在电极上。这些"化学手柄"可以折叠在一起，形成永久性的结合。然后将互补的DNA序列连接到卟啉催化剂上，这样当催化剂加入溶液中时，它就会可逆地与已经连接到电极上的DNA结合--就像魔术贴一样。系统建立后，研究人员向电极施加电势（或偏压），催化剂利用这种能量将溶液中的二氧化碳转化为一氧化碳。反应还能从水中产生少量氢气。催化剂磨损后，可以通过加热系统来破坏两条DNA链之间的可逆键，从而将其从表面释放出来，并用新的催化剂取而代之。突破性的电化学转换利用这种方法，研究人员能够将反应的法拉第效率提高到100%，这意味着进入系统的所有电能都直接进入化学反应，没有能量浪费。而当催化剂没有被DNA拴住时，法拉第效率只有40%左右。Furst说，这项技术可以很容易地扩大到工业用途，因为研究人员使用的碳电极比传统金属电极便宜得多。催化剂也很便宜，因为它们不含任何贵金属，而且电极表面只需要少量的催化剂。通过更换不同的催化剂，研究人员计划尝试用这种方法制造甲醇和乙醇等其他产品。由Furst创办的HelixCarbon公司也在致力于进一步开发该技术，以实现潜在的商业用途。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1425921.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1425921.htm

碳中性的生物化学制品：利用甲酸将二氧化碳转化为有价值的材料

碳中性的生物化学制品：利用甲酸将二氧化碳转化为有价值的材料甲酸盐可以被设想为碳中性生物经济的核心，它通过（电）化学手段从二氧化碳中生产出来，并通过酶的级联反应或工程微生物转化为增值产品。扩大合成甲酸盐同化的一个关键步骤是将其在热力学上具有挑战性地还原成甲醛，在这里可以看到黄色的颜色变化。资料来源：马克斯-普朗克陆地微生物学研究所/盖瑟尔由马克斯-普朗克陆地微生物研究所的TobiasErb领导的研究人员正在利用大自然的工具箱来开发新的二氧化碳固定方式。他们现在已经成功地开发出一种人工代谢途径，从甲酸中产生高活性的甲醛，这是一种可能的人工光合作用的中间产品。甲醛可以直接进入几个代谢途径，形成其他有价值的物质，而没有任何毒性影响。正如在自然过程中，需要两个主要成分：能量和碳。前者不仅可以由阳光直接提供，也可以由电力提供--例如由太阳能模块提供。在增值链中，碳源是可变的。二氧化碳不是这里的唯一选择，所有的单碳（C1构件）都会出现问题：一氧化碳、甲酸、甲醛、甲醇和甲烷。然而，几乎所有这些物质都有剧毒--要么对生物体（一氧化碳、甲醛、甲醇），要么对地球（作为温室气体的甲烷）。只有甲酸，在中和成甲酸盐后，许多微生物可以容忍高浓度的甲酸。"甲酸是一个非常有前途的碳源，"该研究的第一作者MarenNattermann强调说。"但是在试管中把它转化为甲醛是相当耗能的。这是因为甲酸的盐，即甲酸盐不能轻易转化为甲醛。这两个分子之间有一个严重的化学障碍，我们必须用生化能量--ATP--来弥合，然后才能进行实际的反应。"研究人员的目标是找到一种更经济的方法。毕竟，将碳送入新陈代谢所需的能量越少，剩下的能量就越多，以推动生长或生产。但这样的路径在自然界并不存在。"发现具有多种功能的所谓杂交酶需要一些创造力，"托比亚斯-埃尔伯说。"然而，发现候选酶只是一个开始。我们正在谈论的是可以一起计算的反应，因为它们是如此缓慢--在某些情况下，每一种酶每秒不到一个反应。自然反应的发生速度可以快上千倍"。这就是合成生物化学的作用马伦-纳特曼说："如果知道一种酶的结构和机制，你就知道该在哪里进行干预。在这里，我们从我们的同事在基础研究方面的初步工作中大大受益。"酶的优化包括几种方法：构件被特别交换，随机突变被产生并被选择为能力。"甲酸盐和甲醛都非常合适，因为它们能穿透细胞壁。我们可以将甲酸盐放入产生我们的酶的细胞的培养基中，几小时后，将产生的甲醛转化为无毒的黄色染料，"马伦-纳特曼解释说。如果不使用高通量方法，就不可能在这么短的时间内取得这一结果。为了实现这一目标，研究人员与他们的工业伙伴--位于德国埃斯林根的费斯托公司进行了合作。"MarenNattermann说："在大约4000个变体之后，我们实现了生产的四倍改善。我们因此为模型微生物大肠杆菌（生物技术中的微生物主力军）在甲酸上生长奠定了基础。然而，就目前而言，我们的细胞只能产生甲醛，而不能进一步转化。"与马克斯-普朗克分子植物生理学研究所的合作伙伴SebastianWenk一起，研究人员目前正在开发一种可以吸收中间产物并将其引入中心代谢的菌株。与此同时，该团队正在与马克斯-普朗克化学能源转换研究所由WalterLeitner领导的一个工作组进行二氧化碳到甲酸的电化学转换研究。长期目标是一个"一体化平台"--从二氧化碳通过电生物化学过程到胰岛素或生物柴油等产品。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1359573.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1359573.htm

新型反应堆系统将二氧化碳转化为可用燃料

新型反应堆系统将二氧化碳转化为可用燃料锅炉的效率通常很高。因此，仅靠提高燃烧效率很难减少二氧化碳排放。因此，研究人员正在探索其他方法，以减轻锅炉排放的二氧化碳对环境的影响。为此，一个很有前景的策略是捕获这些系统排放的二氧化碳，并将其转化为有用的产品，如甲烷。要实施这一战略，需要一种特殊类型的膜反应器，即分配器型膜反应器（DMR），它既能促进化学反应，又能分离气体。虽然DMR已在某些行业中使用，但其在将二氧化碳转化为甲烷方面的应用，尤其是在锅炉等小型系统中的应用，仍相对较少。由日本芝浦工业大学的野村干弘教授和波兰AGH科技大学的GrzegorzBrus教授领导的一组日本和波兰研究人员填补了这一研究空白。他们的研究成果最近发表在《二氧化碳利用期刊》上。来自日本和波兰的研究人员开发出一种反应堆设计，可有效捕捉二氧化碳排放并将其转化为可用的甲烷燃料。这一突破可大幅减少温室气体排放，为实现碳中和的未来铺平道路。资料来源：日本SIT的野村干弘教授研究小组双管齐下，通过数值模拟和实验研究来优化反应器设计，以便将小型锅炉中的二氧化碳高效转化为甲烷。在模拟过程中，研究小组模拟了气体在不同条件下的流动和反应。这反过来又使他们能够最大限度地减少温度变化，确保在甲烷生产保持可靠的同时优化能源消耗。研究小组还发现，与将气体导入单一位置的传统方法不同，分布式进料设计可以将气体分散到反应器中，而不是从一个地方送入。这反过来又能使二氧化碳更好地分布在整个膜中，防止任何位置过热。野村教授解释说："与传统的填料床反应器相比，这种DMR设计帮助我们将温度增量降低了约300度。"除了分布式进料设计，研究人员还探索了影响反应器效率的其他因素，并发现一个关键变量是混合物中的二氧化碳浓度。改变混合物中的二氧化碳含量会影响反应的效果。"当二氧化碳浓度为15%左右（与锅炉中的二氧化碳浓度相似）时，反应器生产甲烷的效果要好得多。事实上，与只有纯二氧化碳的普通反应器相比，它能多产生约1.5倍的甲烷，"野村教授强调说。此外，研究小组还研究了反应器尺寸的影响，发现增大反应器尺寸有助于为反应提供氢气。不过，需要考虑一个折衷的问题，因为提高氢气可用性的好处需要谨慎的温度管理，以避免过热。因此，这项研究为解决温室气体排放的主要来源问题提供了一个前景广阔的解决方案。通过利用DMR，可以成功地将低浓度二氧化碳排放转化为可用的甲烷燃料。由此获得的益处不仅限于甲烷化，还可应用于其他反应，从而使这种方法成为高效利用二氧化碳的多功能工具，甚至适用于家庭和小型工厂。这项研究得到了波兰国家机构、克拉科夫AGH大学和日本科学促进会的资助。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1432823.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1432823.htm

蓝藻中关键酶可 “吞噬” 二氧化碳

蓝藻中关键酶可“吞噬”二氧化碳科学家发现了一种“隐藏在大自然蓝图中”的可“吞噬”二氧化碳的关键酶。这一发现由澳大利亚国立大学和英国纽卡斯尔大学的科学家共同完成。蓝藻拥有名为二氧化碳浓缩机制（CCM）的系统，能固定大气中的碳，并以比一般植物和农作物快得多的速度将其转化为糖。研究人员表示，设计更高效捕获和利用二氧化碳的作物，将极大地提高作物产量，同时减少对氮肥和灌溉系统的需求，还能增强世界粮食系统对气候变化的抵御能力。（科技日报）