Dziękujemy za odwiedzenie strony Nature.com. Używana przez Ciebie wersja przeglądarki ma ograniczoną obsługę CSS. Aby uzyskać najlepsze rezultaty, zalecamy korzystanie z nowszej wersji przeglądarki (lub wyłączenie trybu zgodności w przeglądarce Internet Explorer). W międzyczasie, aby zapewnić ciągłą obsługę, wyświetlamy witrynę bez stylów i JavaScriptu.
W artykule opublikowanym w czasopiśmie Joule, Ung Lee i współpracownicy przedstawiają badanie instalacji pilotażowej do uwodorniania dwutlenku węgla w celu produkcji kwasu mrówkowego (K. Kim i in., Joule https://doi.org/10.1016/j. Joule.2024.01). 003;2024). Badanie to demonstruje optymalizację kilku kluczowych elementów procesu produkcyjnego. Na poziomie reaktora, uwzględnienie kluczowych właściwości katalizatora, takich jak wydajność katalityczna, morfologia, rozpuszczalność w wodzie, stabilność termiczna i dostępność zasobów na dużą skalę, może pomóc w poprawie wydajności reaktora przy jednoczesnym utrzymaniu niskich ilości wymaganych surowców. W tym przypadku autorzy wykorzystali katalizator rutenowy (Ru) osadzony na mieszanym kowalencyjnym szkielecie triazynowo-bipirydylo-tereftalonitrylu (oznaczonym jako Ru/bpyTNCTF). Zoptymalizowali dobór odpowiednich par aminowych w celu wydajnego wychwytywania i konwersji CO2, wybierając N-metylopirolidynę (NMPI) jako reaktywną aminę do wychwytywania CO2 i promowania reakcji uwodornienia w celu utworzenia mrówczanu oraz N-butylo-N-imidazol (NBIM) jako reaktywną aminę. Po wyizolowaniu aminy mrówczan można wyizolować w celu dalszej produkcji FA poprzez utworzenie adduktu trans. Ponadto ulepszyli warunki pracy reaktora pod względem temperatury, ciśnienia i stosunku H2/CO2 w celu maksymalizacji konwersji CO2. Pod względem projektu procesu opracowali urządzenie składające się z reaktora ze złożem zraszanym i trzech kolumn destylacyjnych o ciągłej destylacji. Pozostały wodorowęglan jest oddestylowywany w pierwszej kolumnie; NBIM jest przygotowywany przez utworzenie adduktu trans w drugiej kolumnie; produkt FA jest uzyskiwany w trzeciej kolumnie; Starannie rozważono również wybór materiałów, z których wykonany jest reaktor i wieża. W przypadku większości komponentów wybrano stal nierdzewną (SUS316L), a w przypadku trzeciej wieży zastosowano komercyjny materiał na bazie cyrkonu (Zr702), aby ograniczyć korozję reaktora ze względu na jego odporność na korozję zespołu paliwowego. Ponadto koszt jest stosunkowo niski.
Po starannej optymalizacji procesu produkcyjnego – wyborze idealnego surowca, zaprojektowaniu reaktora ze złożem zraszanym i trzech kolumn destylacji ciągłej, starannym doborze materiałów na korpus kolumny i wypełnienie wewnętrzne w celu ograniczenia korozji oraz precyzyjnym dostrojeniu warunków pracy reaktora – autorzy przedstawiają instalację pilotażową o dziennej wydajności 10 kg zespołu paliwowego, zdolną do utrzymania stabilnej pracy przez ponad 100 godzin. Dzięki starannej analizie wykonalności i cyklu życia, instalacja pilotażowa pozwoliła na obniżenie kosztów o 37% i potencjału globalnego ocieplenia o 42% w porównaniu z tradycyjnymi procesami produkcji zespołów paliwowych. Ponadto, ogólna sprawność procesu sięga 21%, a jego efektywność energetyczna jest porównywalna z efektywnością pojazdów z ogniwami paliwowymi zasilanymi wodorem.
Qiao, M. Produkcja pilotażowa kwasu mrówkowego z uwodornionego dwutlenku węgla. Nature Chemical Engineering 1, 205 (2024). https://doi.org/10.1038/s44286-024-00044-2