近日，南方科技大学机械与能源工程系助理教授、副研究员林蒙课题组在直接空气碳捕集（DAC）与同步转化制甲烷（CH4）方面取得新进展，相关成果以“A hybrid electro-thermochemical device for methane production from the air”为题，在Nature Communications期刊上在线发表。本研究设计了电化学-热化学耦的合碳捕集与转化装置，能够直接从空气中捕获二氧化碳（CO2）并生产CH4。该装置通过双极膜电渗析模块实现CO2与氢气（H2）的共产，并通过热化学甲烷化反应将CO2转化为CH4。
图1、从空气中生产CH4的混合电-热化学装置原理图
该装置的优势是：(1) 相较于单独的DAC和H2制备装置，该电池结构更加简化，可同时实现DAC和H2制备；（2）H2和CO2在同一个腔室内释放，可有效降低CO2分压，提升CO2捕获效率，避免了真空辅助气体剥离装置的使用，从而降低成本；（3）H2和CO2的比例可精确调控（例如：H2 : CO2 = 4 : 1），可直接用于后续的甲烷化反应。
图2、通过双极膜电渗析模块实现CO2与H2的共产，并通过热化学甲烷化反应将CO2转化为CH4
此外，该研究还进行了长时间的系统稳定性验证以及真实的DAC与同步制甲烷验证实验，系统性地论证了将空气中的CO2捕获并同步转化为甲烷的可行性。概念验证实验表明，CO2释放和H2生产的能量消耗分别为704.0 kJ mol−1和967.4 kJ mol−1，随后的甲烷化实现了97.3%的CO2转化效率和5206.4 kJ mol−1的CH4生产能耗。将空气中的CO2捕获并转化为甲烷进行燃料储能，既是一种应对气候变化的创新手段，也是能源储存、经济发展和减少化石能源依赖的有效途径。
机械与能源工程系访问学生黄耀炜为第一作者，机械与能源工程系博士生徐达为第二作者，林蒙和天津大学邓帅教授为论文共同通讯作者，南方科技大学为论文第一单位。此项研究得到了国家自然科学基金，广东省基础与应用基础研究基金会、深圳市科技创新局以及南科大计算科学与工程中心的支持。
论文链接：
https://doi.org/10.1038/s41467-024-53336-9
本文内容来源：
https://newshub.sustech.edu.cn/html/202411/45782.html
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