Компания Dioxide Materials была основана в 2009 году в Шампейне, штат Иллинойс , а теперь ее штаб-квартира находится в Бока-Ратон, штат Флорида . Его основной бизнес - разработка технологий, снижающих углеродный след в мире . Компания Dioxide Materials разрабатывает технологию преобразования углекислого газа , воды и возобновляемых источников энергии в углеродно-нейтральный бензин (бензин) или реактивное топливо . Приложения включают переработку CO 2 , [1] устойчивое производство топлива [1] и сокращение использования возобновляемых источников энергии [2] [3] (т.е. возобновляемых источников энергии, которые не могут быть использованы сетью).[2] ).
Тип | Частный |
---|---|
Промышленность | Химическая индустрия |
Жанр | Улавливание и хранение углерода , Ионообменные мембраны |
Основан | 9 сентября 2009 г . Шампейне , Иллинойс , США. | в
Штаб-квартира | , нас |
Продукты | Щелочные иономеры и щелочные ионообменные мембраны Sustainion, электролизеры диоксида углерода и воды |
Веб-сайт | диоксидматериалы |
Технология электролизера диоксида углерода
Электролизеры диоксида углерода являются основной частью бизнеса диоксидных материалов. [4] Работа началась в ответ на задачу Министерства энергетики найти лучшие катализаторы для электрохимического восстановления диоксида углерода . [5] В то время перенапряжение (т. Е. Потраченное впустую напряжение) было слишком высоким, а скорость - слишком низкой для практического применения. [5] [6] Сотрудники компании Dioxide Materials предположили, что бифункциональный катализатор, состоящий из металла и ионной жидкости, может снизить перенапряжение для электрохимического восстановления диоксида углерода . Действительно, было обнаружено, что комбинация двух катализаторов, наночастиц серебра и раствора ионной жидкости, содержащего равные объемы тетрафторбората 1-этил-3-метилимидазолия (EMIM-BF4) и воды, снижает перенапряжение преобразования CO 2 в монооксид углерода ( CO) от примерно 1 вольт до всего 0,17 вольт. [7] Сотрудники других лабораторий впоследствии воспроизвели результаты исследования многих металлов и нескольких ионных жидкостей. [8] Диоксидные материалы показали, что подобное усиление происходит при электролизе щелочной воды [9] [10] и гидрокарбоксилировании ацетилена [11] (« Reppe Chemistry »).
На данный момент все еще остается вопрос о том, как имидазолий может снизить перенапряжение при электрохимическом восстановлении диоксида углерода. Первым этапом электролиза CO 2 является добавление электрона к CO 2 или молекулярному комплексу, содержащему CO 2 . Полученный вид обозначен «CO 2 ¯» на рисунке слева. Для образования частиц в отсутствие ионной жидкости требуется по крайней мере электрон-вольт энергии на молекулу. [12] Этот электрон-вольт энергии в значительной степени тратится во время реакции. Розен и др. [7] постулировали, что новый комплекс образуется в присутствии ионной жидкости, так что 1 эВ энергии не теряется. Комплекс позволяет реакции следовать по зеленой дорожке на рисунке справа. Недавняя работа предполагает, что новый комплекс представляет собой цвиттерион [13]. Другие возможные пути (т.е. не цвиттерионы) обсуждаются в Keith et al. [14] Розен и др. [15] Verdaguer-Casadevall et al. [16] и Shi et al. [17]
Устойчивые мембраны
К сожалению, ионные жидкости оказались слишком агрессивными для использования в практических электролизерах диоксида углерода. Ионные жидкости - сильные растворители. Они растворяют / разъедают уплотнения, угольные электроды и другие детали промышленных электролизеров. В результате их было трудно использовать на практике.
Чтобы избежать коррозии , диоксидные материалы перешли с ионно-жидких катализаторов на каталитические анионообменные полимеры. [18] [19] Был протестирован ряд полимеров, и полимер стирола, функционализированный имидазолием, показанный на рисунке справа, показал наилучшие характеристики. [18] [20] Мембраны были переименованы в Sustainion. Использование мембран Sustainion повысило ток и срок службы электролизера CO 2 до коммерчески приемлемого диапазона. [21] [22] [23] [24] [25] Мембраны Sustainion показали удельную проводимость выше 100 мСм / см в щелочных условиях при 60 ° C, [10] стабильность в течение тысяч часов в 1M KOH, [10] и предлагают физико-механическая стабильность, полезная для множества различных приложений. Мембраны показали срок службы более 3000 часов в электролизерах CO 2 при высоких плотностях тока. [26] [10]
Рекомендации
- ^ a b Краткое описание ARPA-E: преобразование CO 2 в топливо и химические вещества
- ^ a b Лори Берд, Жаклин Кокран и Си Ван, Сокращение энергии ветра и солнца: опыт и практика в США , Отчет NREL NREL / TP-6A20-60983, март 2014 г.
- ^ Краткое описание ARPA-E: высокоэффективное производство водорода
- ^ Веб-сайт Dioxide Materials
- ^ а б А. Белл и др. Фундаментальным исследованиям нужны катализаторы для энергетики, МЭ PNNL-17214
- ^ Халманн и Стейнберг, "Снижение выбросов углекислого газа парниковых газов", Lewis Publishers, 1999. ISBN 1-56670-284-4
- ^ a b Брайан А. Розен, Амин Салехи-Ходжин, Майкл Р. Торсон, У. Чжу, Девин Т. Уиппл, Пол Дж. А. Кенис, Ричард И. Мазель *, Селективное преобразование CO 2 в CO при низких перенапряжениях, опосредованное ионной жидкостью , Science Vol. 334 нет. . 6056 С. 643-644 (2011) DOI : 10.1126 / science.1209786 .
- ^ Цитаты для ионной жидкости-опосредованного селективного превращения CO 2 в CO при низких перенапряжениях
- ^ RI Masel, Z. Liu и SD Sajjad Электролизеры с анионообменной мембраной, показывающие 1 А / см2 при напряжении менее 2 В, ECS Transactions, 75 (14) 1143-1146 (2016) doi : 10,1149 / 07514.1143ecst
- ^ а б в г Цзэнцай Лю, Сайед Давар Саджад, Ян Гао, Хунчжоу Ян. Джерри Дж Качур. Ричард Мазель, Влияние мембраны на электролизер щелочной воды , Международный журнал по водородной энергии 42 (50), 29661-29665 (2017) doi : 10.1016 / j.ijhydene.2017.10.050
- ^ Ричард И. Масел, Чжэн Ричард Ни, Цингмэй ЧЕН, Брайан А. Розен, Процесс устойчивого производства акриловой кислоты , Патент США 9790161 [1]
- ^ Chemistry Views (Elsevier) Преобразование CO 2 с меньшим энергопотреблением
- ^ Марк Пеллерит, Марина Каплун, Клэр Хартманн-Томпсон, Кшиштоф А. Левински, Нэнси Кунц, Трэвис Грегар, Джон Бэтцольд, Дейл Лутц, Мэтью Кваст, Зенгцай Лю, Хунчжоу Ян, Сайед Д. Саджад, Ян Гао и Рич Масел Имидаз -Функционализированные полимерные мембраны для топливных элементов и электролизеров , ECS Trans. 2017 80 (8): 945-956; DOI : 10,1149 / 08008.0945ecst
- ^ Джон А. Кейт и Эмили А. Картер, Теоретические сведения об электрохимических механизмах восстановления СО2, катализируемых поверхностно-связанными азотными гетероциклами, J. Phys. Chem. Lett., 2013, 4 (23), стр. 4058–4063 doi : 10.1021 / jz4021519
- ^ Джонатан Розен, Грегори С. Хатчингс, Ци Лу, Шон Ривера, Ян Чжоу, Дионисиос Г. Влахос и Фэн Цзяо, Механистические взгляды на электрохимическое восстановление CO2 до CO на наноструктурированных поверхностях Ag , ACS Catal., 2015, 5 ( 7), стр 4293-4299 DOI : 10.1021 / acscatal.5b00840
- ^ Арнау Verdaguer-Касадеваль, Кристина W. Li ‡, Tobias P. Johansson, Сорен Б. Скотт, Джозеф Т. Маккеаун, Mukul Кумар, Ifan EL Stephens, Matthew W. Канан * и Ib Chorkendorff * Зондирование активных участков поверхности для Восстановление CO на медных электрокатализаторах на основе оксидов , J. Am. Chem. Soc, 2015, 137 (31), стр 9808-9811. DOI : 10.1021 / jacs.5b06227
- ^ Чуан Ши, Гейне А. Хансен, Адам С. Лаушеб и Йенс К. Нёрсков, Тенденции в электрохимической активности восстановления CO2 для открытых и плотноупакованных металлических поверхностей , Phys. Chem. Chem. Phys, 2014,16, 4720-4727 DOI : 10.1039 / C3CP54822H
- ^ a b R. I. Masel, Qingmei Chen, Zengcai liu, Robert Kutz, Ion Conducting Polymers , патент США 9580824
- ^ Ричард И. Масел, Амин Салехи-Ходжин, Роберт Кутц, Электрокаталитический процесс конверсии диоксида углерода , Патент США 981501
- ^ Роберт Брайан Кутц, Цинмей Чен, Хунчжоу Ян, Сайед Давар Саджад, Зенгцай Лю, Ричард Мазел, Sustainion Imidazolium -функционализированные полимеры для электролиза диоксида углерода , Energy Technology 5, (6) 929-936 (2017) doi : 10.1002 / ente 201600636
- ^ Служба РФ, два новых способа превратить «мусора» углекислый газ в топливо Наука, Сент 1, 2017
- ^ Стивен К. Риттер, Электролизер CO 2 приближается к коммерциализации , C&E News, Том 93, выпуск 13 | п. 30. 30 марта 2015 г.
- ^ Марк Харрис, Предприниматели, превращающие углекислый газ в топливо , The Guardian, 14 сентября 2017 г.
- ^ SAVVY: Превращение двуокиси углерода в продукты New Straitus Times, 3 декабря 2017 г.
- ^ Майкл Фёрч, Эти методы превращают CO2 в дешевую энергию, Wired, 24 сентября 2017 г.
- ^ Сайед Д. Саджад, Ян Гао, Цзэнцай Лю, Хунчжоу Ян и Rich Masel Настраиваемые высокопроизводительные анионообменные мембраны Sustainion ™ для электрохимических приложений Транзакции ECS, 77 (11): 1653-1656 (2017) doi : 10,1149 / 07711.1653ecst