直接电解低浓度CO?流的界面工程策略与可持续性评估

《Nature Communications》：Interfacial engineering strategies and sustainability assessment for direct electrolysis of dilute CO2 streams

　　

摘要

可再生能源度电成本的持续降低推动了电催化技术的快速发展，尤其是使用低浓度CO₂（5-15%）进行电化学CO₂还原（CO₂R），这为将废CO₂转化为燃料和化学品提供了可持续的途径。然而，低浓度CO₂会引入显著的浓度过电位，导致选择性不佳和能量效率低。在此，我们开发了有效的方法（pH调控、胺添加、气体压缩）来富集界面处的CO₂可获得性，从而将CO₂R的选择性引导至目标产物。我们进一步进行了技术经济分析和从摇篮到大门的生命周期评估，以评价其经济和环境性能。例如，HCOOH的生产成本从1.11降至0.47美元/kg，低于纯CO₂场景下的0.58美元/kg。此外，相对于未采用这些策略的烟气场景，气候变化和累积能量需求等环境负担分别降低了38.2%-72.0%。总体而言，尽管电力结构的差异会影响本研究报道的绝对值，但我们的工作为低浓度CO₂R提供了重要的启示和设计原则。