从空气制取合成气：迈向碳中和化学的创新突破

为减少化工行业碳足迹，研究人员开展从空气制取合成气（syngas）研究，实现从空气制得 syngas，有望减排。

　　合成气（syngas）作为化工行业至关重要的基础原料，主要源于煤炭和甲烷等化石燃料。因此，使用基于化石燃料的合成气及其衍生化学品，往往会导致大量温室气体排放。环境空气中蕴含丰富的可持续碳源和氢源，是生产碳中和合成气的理想原料，能够最大程度降低各类涉及合成气的化学过程的碳足迹。在此，研究开发出一种从空气制取合成气的技术，可同时从空气中收集高纯度二氧化碳（CO₂）和淡水，然后将它们转化为合成气。该过程每立方米空气可生成 0.341 克合成气，每千克合成气所需的总能量输入为 56.4 兆焦（MJ/kg_syngas） 。这项技术为以空气为唯一原料高效生产碳中和合成气开辟了道路，并且有潜力与可再生能源相结合，发展具有负排放的循环碳经济。

亮点：

• 采用双层吸附结构直接从空气中捕获二氧化碳（CO₂）和水。
• 在 60°C 通过原位蒸汽吹扫从固体胺吸附剂中释放吸附的二氧化碳（CO₂）。
• 将水分用作二氧化碳（CO₂）解吸的促进剂和制氢（H₂）的原料。
• 利用从空气中捕获的二氧化碳（CO₂）和水，通过镓催化制取合成气。

总结：
合成气是氢气（H₂）和一氧化碳（CO）的混合物，是多种化学过程的关键基础原料，主要由化石燃料制取。探索可持续的碳源和氢源用于合成气生产，是降低化工行业碳足迹的一条有前景的途径。在本研究中，通过将基于吸附的二氧化碳（CO₂）/ 水（H₂O）捕获与电化学二氧化碳（CO₂）还原相结合，实现了从大气中的二氧化碳（CO₂）和水分制取合成气。从空气中捕获的水不仅用于在 60°C 原位产生蒸汽，以有效释放吸附在胺功能化材料上的二氧化碳（CO₂），还作为后续电解过程中的氢源。使用基于镓的电解槽将产物二氧化碳（CO₂）和水转化为合成气，总能量需求为 56.4 MJ/kg_syngas。这种从空气制取合成气的技术，能够从大气中制取碳中和化学品，为减少工业碳排放提供了巨大潜力。