用来制备碳纳米管——温室气体CO2的华丽蜕变

材料牛注：谈及温室气体CO₂，你是否想到日益上升的海平面，你是否想到面积逐年增大的沙漠。身为温室效应的罪魁祸首，它深受诟病。不过，乔治·华盛顿大学的一项研究，可能使它成为人类社会的万金油。

据Phys.org介绍，乔治·华盛顿大学去年提出了将CO₂转换成碳纳米管（CNTs）的方法。该方法可以将发电厂释放的CO₂转变为各种有价值的产品，这些产品在电池、电子产品、飞机、运动器械方面有着广泛应用。

该项技术可以应用于任何一种发电厂，研究人员专门研究了其在联合循环（CC）天然气发电厂的应用。CC天然气发电厂在各类发电厂中，能源效率最高，但排放大量的CO₂。这种技术在传统CC发电厂的基础上，增加了熔融碳酸锂电解槽，使其成为联合循环碳纳米纤维（CC CNF）发电厂。通过电解的方法，使CO₂分解生成氧气和固体碳纳米纤维；通过加入适量的镍，使碳纳米纤维中空，形成CNTs。

研究人员对CC CNF发电厂进行了热力学评估。评估发现，和传统的CC发电厂和燃煤发电厂相比，此方法在热力学方面是可行的。另外，该方法没有碳固存，并且热能的再循环使能源效率得到提高。生产过程中的热能有很多来源，例如，锂氧化物化学反应产生的能量；冷却碳和氧产品获得的能量；纯氧（分解CO₂释放纯氧和CNTs）、空气和天然气的混合物燃烧释放的能量；无须碳捕获所节约的能量（相比于碳汇操作，碳捕获需要更高的温度）。

“这项技术可以将温室气体CO₂转变为各种有价值的产品，从而改善由于CO₂造成的气候变化。”乔治·华盛顿大学教授Stuart Licht告诉Phys.org，“生产CNTs比用化石燃料发电牟利更多，这将会刺激可持续发展的社会转型。CNTs高强轻质，其强度超过钢铁或铝的强度的20倍。CNTs有望取代市值数万亿美元的钢铁和铝市场。CNTs也可以应用于纳米电子学和新型给药系统，并已成功应用于纺织业（如防弹衣）中。”

上图左为传统CC发电厂利用燃气轮机将热能转换成机械能，由蒸汽机将剩余的热转换成机械能。图右为CC CNF发电厂增加一个电解槽，将CO₂转换成碳纳米管，实现CO₂零排放。

研究表明，每消耗一吨甲烷燃料，传统CC发电厂可以生产出价值$909的电量，排放2.74吨CO₂；相比之下，CC CNF发电厂可以生产出价值$835（比传统的少8%）的电量，同时也生产出0.75吨价值$225000的CNTs，并且实现CO₂零排放。换句话说，价值更高的CNF和CNTs弥补了电输出的少量减少。目前，CNTs的生产成本为$300000/吨，通过这种技术生产CNTs的成本是$2000/吨，不及当前CNTs 生产成本的1%。研究人员希望这种巨大的效益，使该项技术成为发电厂更好的选择。另外，CNTs的收益是碳税收（约$30/吨）的10000倍。研究人员预言，相比于碳税收，CNTs的生产将会让能源工业更有动力去减少碳的排放。

通过这种简便、低成本的方法生产CNTs，可能会使其价格在未来降低，但经济效益会扩散到其它行业。较低的CNTs价格会刺激CNT市场的增长，并对汽车、航空公司、风力涡轮机等行业产生积极影响。

目前，研究人员正致力于尽快将这项技术应用于实践。Licht说：“我们正按比例放大该过程，检验该项技术应用于规模化生产的可实施性，这对该项目的快速部署和CO₂大量减排是一个挑战。”

原文链接：Researchers assess power plants that convert all of their CO₂ emissions into carbon nanotubes

本文由编辑部王宇提供素材，朱晓秀编译，刘宇龙审核。

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