基于碳酸盐/碳酸氢盐循环的烟气CO2捕集与电化学转化集成策略研究

来自国内的研究人员针对CO2独立捕集与转化过程能耗高、操作复杂的问题，开发了一种通过K2CO3?KHCO3循环介导的烟气CO2捕集-电化学转化集成系统。该研究利用分子催化剂和单原子催化剂实现KHCO3溶液高效电解产合成气（CO/H2），并再生K2CO3实现循环捕集，连续稳定运行144小时，显著降低能耗，为碳捕集与利用（CCUS）提供了创新性解决方案。

　　

通过将过量排放的CO₂进行捕集并利用电化学方法将其转化为高附加值化学品，成为缓解CO₂排放和实现碳循环闭合的重要途径。当前这两类过程通常独立进行，涉及多步操作且能耗较高。本研究提出一种创新策略：利用碳酸钾（K₂CO₃）与碳酸氢钾（KHCO₃）之间的相互转化，实现烟气中CO₂的捕集与电化学转化一体化。研究表明，在碳负载分子催化剂和单原子催化剂作用下，可直接高效地将KHCO₃溶液转化为具有高选择性的CO。通过动力学分析、对比实验和原位拉曼光谱（in situ Raman spectroscopy）证实，KHCO₃溶液中原位生成的CO₂是产生CO的真实反应物。团队成功演示了将捕集CO₂后的K₂CO₃溶液（含KHCO₃）电解生产合成气（syngas，包括CO和H₂），并再生成部分原始K₂CO₃溶液，从而实现循环捕集。该系统实现了CO₂连续捕集（48小时）与电化学转化（96小时）的长时间稳定集成。能量消耗分析显示，通过K₂CO₃?KHCO₃转化介导的集成策略可显著降低全过程能耗。该研究为高效碳捕集与利用（CCUS）提供了全新的技术路径。