麻省理工学院的研究人员开发了一种新系统，可用于将电厂二氧化碳排放转化为汽车，卡车和飞机的有用燃料，以及用于各种产品的化学原料。
新的基于膜的系统由麻省理工学院博士后肖晓宇和机械工程的Ronald C. Crane教授Ahmed Ghoniem开发，并在ChemSusChem期刊的论文中有所描述。由镧，钙和氧化铁的化合物制成的膜允许来自二氧化碳流的氧气迁移到另一侧，留下一氧化碳。其他化合物，称为混合离子电子导体，在他们的实验室中也被考虑用于多种应用，包括氧气和氢气生产。
在该过程中产生的一氧化碳可单独用作燃料或与氢和/或水结合使用以制备许多其他液态烃燃料以及包括甲醇(用作汽车燃料)，合成气等的化学品。Ghoniem的实验室正在探索其中一些选择。这个过程可能成为碳捕获，利用和储存技术或CCUS技术的一部分，如果应用于电力生产，可以减少化石燃料使用对全球变暖的影响。
吴解释说，这种具有钙钛矿结构的膜“对氧气具有100%的选择性”，只允许那些原子通过。分离是由高达990摄氏度的温度驱动的，并且使该过程工作的关键是保持与二氧化碳分离的氧气流过膜直到它到达另一侧。这可以通过在膜的与二氧化碳流相对的一侧产生真空来完成，但这需要大量的能量来维持。
研究人员使用氢气或甲烷等燃料流代替真空。这些材料很容易被氧化，它们实际上会将氧原子吸引通过膜而不需要压力差。该膜还防止氧气迁移回来并与一氧化碳重新结合，再次形成二氧化碳。最终，并且取决于应用，可以使用一些真空和一些燃料的组合来减少驱动该过程和生产有用产品所需的能量。
吴说，保持这一过程所需的能源输入是热量，可以通过太阳能或废热提供，其中一些可能来自发电厂本身，另一些来自其他来源。从本质上讲，该过程可以将化学形式的热量储存起来，以便在需要时使用。与许多其他存储形式相比，化学能存储具有非常高的能量密度 - 对于给定重量的材料存储的能量的量。
在这一点上，吴说，他和Ghoniem已经证明了这个过程是有效的。正在进行的研究正在研究如何增加膜上的氧气流速，可能是通过改变用于构建膜的材料，改变表面的几何形状或在表面上添加催化剂材料。研究人员还致力于将膜整合到工作反应器中，并将反应器与燃料生产系统连接起来。他们正在研究如何扩大这种方法，以及如何将其与成本和对整个电厂运营的影响相比，捕获和转换二氧化碳排放的其他方法进行比较。
在一家天然气发电厂中，Ghoniem集团和其他公司之前已经开展过工作，吴说，进入的天然气可以分成两股，一股可以燃烧发电，同时产生纯净的二氧化碳，而另一条将进入新膜系统的燃料侧，提供氧气反应燃料源。该流将产生来自工厂的第二产出，氢和一氧化碳的混合物，称为合成气，其是广泛使用的工业燃料和原料。合成气也可以添加到现有的天然气分配网络中。
因此，该方法不仅可以减少温室气体排放; 它还可以产生另一个潜在的收入来源，以帮助支付其成本。
吴说，这个过程可以处理任何水平的二氧化碳浓度 - 他们已经从2%到99%一直测试 - 但浓度越高，过程效率越高。因此，它非常适合传统的化石燃料燃烧发电厂的集中输出流或那些设计用于碳捕获的设备，如氧燃烧设备。
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