【Hacker News搬运】工程师们找到了一种将二氧化碳转化为有用产品的新方法

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Title: Engineers find a new way to convert carbon dioxide into useful products

工程师们找到了一种将二氧化碳转化为有用产品的新方法

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Url: https://news.mit.edu/2024/engineers-find-new-way-convert-carbon-dioxide-useful-products-0327

标题：工程师发现了一种将二氧化碳转化为有用产品的新方法
作者：Anne Trafton | MIT新闻
发布日期：未提供
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MIT的化学工程师们设计了一种高效的方法，将二氧化碳转化为一氧化碳，这是一种可以用来生成有用化合物如乙醇和其他燃料的化学前驱物。
如果这一过程工业化应用，可以帮助电力厂和其他来源去除二氧化碳，减少排放到大气中的温室气体量。
“这让你可以从排放或溶解在海洋中的二氧化碳中提取出有利可图的化学品。这真的是一个去碳化的前进道路，因为我们可以把CO2这种温室气体，转变成化学制造中有用的东西，”该研究的资深作者、化学工程助理教授Ariel Furst说。
这种新方法利用电力进行化学转换，并借助一种附着在电极表面的DNA缠绕的催化剂。这些DNA像 Velcro 一样，将所有反应组分保持在一起，使反应比所有组分都悬浮在溶液中时更有效率。
Furst 成立了一家名为 Helix Carbon 的公司，以进一步开发这项技术。该论文的通讯作者是前 MIT 博士后 Gang Fan。其他作者包括 Nathan Corbin PhD '21、Minju Chung PhD '23、前 MIT 博士后 Thomas Gill 和 Amruta Karbelkar，以及 Evan Moore '23。
分解 CO2
将二氧化碳转化为有用产品首先需要将其转化为一氧化碳。一种方法是利用电力，但这种电解催化所需的能量过于昂贵。
为了降低这些成本，研究人员尝试使用电催化剂，可以加速反应并减少需要添加到系统中的能量。用于此类反应的一种催化剂是一类称为卟啉的分子，含有铁或钴等金属，其结构与血液中携带氧气的血红蛋白分子相似。
在这种电化学反应中，二氧化碳溶解在水中，在电化学装置中，含有驱动反应的电极。催化剂也悬浮在溶液中。然而，这种设置并不高效，因为二氧化碳和催化剂需要相遇于电极表面，这并不经常发生。
为了使反应更频繁地发生，从而提高电化学转换的效率，Furst 开始研究将催化剂附着在电极表面的方法。DNA 似乎是这一应用的理想选择。
“DNA 相对便宜，你可以通过化学方法修改它，而且你可以通过改变序列来控制两个链之间的相互作用，”她说。“这是一种序列特定的 Velcro，具有非常强烈但可逆的相互作用，你可以控制。”
为了将单链 DNA 附着在碳电极上，研究人员使用了一个化学处理臂，一个在 DNA 上，一个在电极上。这些臂可以卡扣在一起，形成一个永久性的 bond。然后，再将互补的 DNA 序列附着到卟啉催化剂上，这样当将催化剂添加到溶液中时，它会可逆地绑定到已经附着在电极上的 DNA —— 就好像是 Velcro。
一旦建立这个系统，研究人员就会对电极施加一个电位（或偏压），催化剂利用这些能量将溶液中的二氧化碳转化为一氧化碳。该反应还会生成少量的氢气，来自水。当催化剂磨损时，可以通过加热系统来打破两个 DNA 链之间的可逆键，释放出电极表面的催化剂，并更换新的催化剂。
高效的反应
利用这种方法，研究人员将反应的 法拉第效率提高到 100%，这意味着系统中所投入的的所有电能都直接转化为化学反应，没有能量被浪费。当催化剂不通过 DNA 连接时， 法拉第效率只有大约 40%。
Furst 说，这项技术可以很容易地工业化应用，因为研究人员使用的碳电极比传统的金属电极便宜得多。催化剂也很便宜，因为它们不包含任何贵金属，且只需要在电极表面使用少量的催化剂。
研究人员计划通过更换不同的催化剂，尝试利用这种方法制造其他产品，如甲醇和乙醇。Furst 创立的 Helix Carbon 公司也在进一步开发这项技术，以供可能的商业应用。
该研究得到了美国陆军研究办公室、CIFAR Azrieli 全球学者计划、MIT 能源倡议和 MIT Deshpande 中心的资助。

Post by: gmays

Comments:

alexose: I've spent a decent amount of time learning about this stuff. Here's the lens I use to understand advancements in CO2 reduction:<p>Carbon monoxide is, indeed, an incredibly useful and versatile precursor in many industrial processes. Sourcing it from CO2 in the air unlocks all sorts of carbon-negative technologies, including sustainable fuels and plastics. As we begin to wind down fossil fuel extraction, this becomes increasingly important.<p>However, the <i>only</i> driver of adoption at scale is cost. Any new method to reduce CO2 must compete not only with established fossil sources, but also more established reduction techniques like RWGS. Even if there's a breakthrough in energy efficiency, as we seem to have here, one must consider the entire system cost as compared to the alternatives.<p>This is why a lot of research isn't aiming for straight CO2 reduction, but conversion to C2+ molecules. This might allow a more efficient pathway from CO2 to more valuable chemicals. This article linked here suggests that the researchers also have this in mind:<p>> By swapping in different catalysts, the researchers plan to try making other products such as methanol and ethanol using this approach.<p>In my opinion, this is where the rubber meets the road. It's not just about making carbon monoxide: It's about turning CO2 into value-added molecules.

alexose: I-；我花了相当多的时间学习这些东西。这里；这是我用来理解二氧化碳减排进展的视角：一氧化碳确实是许多工业过程中非常有用和通用的前体。从空气中的二氧化碳中获取碳可以解锁各种负碳技术，包括可持续燃料和塑料。随着我们开始逐步减少化石燃料开采，这一点变得越来越重要<p> 然而，大规模采用的唯一驱动因素是成本。任何减少二氧化碳的新方法不仅必须与现有的化石来源竞争，还必须与RWGS等更成熟的减少技术竞争。即使存在-7；这是能源效率方面的一个突破，正如我们在这里所看到的，与替代方案相比，必须考虑整个系统的成本<p> 这就是为什么很多研究都是；t旨在直接还原CO2，但转化为C2+分子。这可能允许从二氧化碳到更有价值的化学品的更有效途径。链接到这里的这篇文章表明，研究人员也考虑到了这一点：<p>&gt；通过交换不同的催化剂，研究人员计划尝试使用这种方法生产甲醇和乙醇等其他产品<p> 在我看来，这就是橡胶与道路相遇的地方。它；这不仅仅是为了制造一氧化碳：；这是关于将二氧化碳转化为增值分子。

jfengel: Another article on the same scientist, from the same source, two years ago<p><a href="https://news.mit.edu/2022/turning-carbon-dioxide-valuable-products-0907" rel="nofollow">https://news.mit.edu/2022/turning-carbon-dioxide-valuable-pr...</a>

jfengel: 两年前，来自同一来源的另一篇关于同一科学家的文章<p><a href=“https://；&#x2F；news.mit.edu&#x2F！2022&#x2F：turning-cabon-diodioxe-valuable-products-0907”rel=“nofollow”>https://&#x2F；news.mit.edu&#x2F；2022；转碳-二氧化物-有价值</a>

aimonster2: Sure. Put it in a greenhouse and make food! Like I said to another thread, just use CaO->CaCO3 then go backwards CaCO3->CaO at the point that you're using it as long as the heating doesn't adversely effect the greenhouse environment.

aimonster2: 当然把它放在温室里做食物！就像我对另一根线说的那样，只需使用CaO-&gt；CaCO3然后倒退CaCO3-&gt；CaO在你；只要加热不超过；t不会对温室环境产生不利影响。

oldstrangers: Isn't <a href="https://www.twelve.co/" rel="nofollow">https://www.twelve.co/</a> already doing this?

oldstrangers: 是不是；t<a href=“https://；&#x2F；www.12.co&#x2F”rel=“nofollow”>https://&#x2F；www.12.co&#x2F</a> 已经在做了吗？

mchannon: My favorite way to make CO out of CO2 is thermal cracking, which is quite straightforward:<p>2 CO2 -(700°C)-> 2 CO + O2

mchannon: 我最喜欢的从CO2中制备CO的方法是热裂解，这很简单：<p>2 CO2-（700°C）-&gt；2 CO+O2