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减少锅炉和其他工业设备等小型燃烧系统的碳排放，是迈向更可持续、碳中和未来的关键一步。锅炉广泛用于各种行业的基本过程，如加热，蒸汽产生和发电，使其成为温室气体排放的重要贡献者。

锅炉通常效率很高。因此，单纯通过提高燃烧效率来减少二氧化碳排放是困难的。因此，研究人员正在探索减轻锅炉二氧化碳排放对环境影响的替代方法。实现这一目标的一个有希望的策略是捕获这些系统排放的二氧化碳，并将其转化为有用的产品，如甲烷。

为了实现这一策略，需要一种特殊类型的膜反应器，称为分布式膜反应器(DMR)，它可以促进化学反应并分离气体。虽然dmr在某些工业中使用，但它们将二氧化碳转化为甲烷的应用，特别是在锅炉等小型系统中的应用，仍然相对未被探索。

日本和波兰的一组研究人员填补了这一研究空白，他们由日本柴浦工业学院的Mikihiro Nomura教授和波兰AGH科技大学的Grzegorz Brus教授领导。他们的研究结果发表在《二氧化碳利用杂志》上。

该团队采用了双管齐下的方法，通过数值模拟和实验研究来优化反应堆设计，以有效地将二氧化碳从小型锅炉转化为甲烷。在他们的模拟中，研究小组模拟了气体在不同条件下的流动和反应。反过来，这使他们能够最大限度地减少温度变化，确保能源消耗得到优化，同时甲烷产量保持可靠。

该团队进一步发现，与传统的将气体输送到单一位置的方法不同，分布式进料设计可以将气体分散到反应堆中，而不是从一个地方将气体送入反应堆。这反过来又会使二氧化碳更好地分布在整个膜上，从而防止任何位置过热。

“与传统的填充床反应器相比，这种DMR设计帮助我们减少了约300度的温度增量，”野村教授解释说。

除了分布式进料设计之外，研究人员还探索了影响反应器效率的其他因素，并发现其中一个关键变量是混合物中的CO2浓度。改变混合物中二氧化碳的含量会影响反应的效果。

“当二氧化碳浓度约为15%时，与锅炉排出的二氧化碳浓度相似，反应堆产生甲烷的能力要好得多。事实上，与只使用纯二氧化碳的普通反应堆相比，它可以产生大约1.5倍的甲烷，”野村教授说。

此外，研究小组调查了反应器尺寸的影响，发现增加反应器的尺寸有助于反应中氢气的可用性。然而，要考虑到更高的氢可用性的好处，需要仔细的温度管理，以避免过热。

因此，这项研究为解决温室气体排放的主要来源问题提供了一个有希望的解决方案。通过使用DMR，低浓度的二氧化碳排放可以成功地转化为可用的甲烷燃料。

所获得的好处不仅限于甲烷化，而且还可以应用于其他反应，使这种方法成为有效利用二氧化碳的通用工具，甚至适用于家庭和小型工厂。

更多信息:Yuya Sato等，揭示分布式膜反应器的二氧化碳回收潜力，Journal of CO2 Utilization(2024)。引文:对抗碳足迹:新型反应堆系统将二氧化碳转化为可用燃料(2024,5月27日)检索自2024年5月27日https://techxplore.com/news/2024-05-combating-carbon-footprint-reactor-dioxide.html本文档受版权保护。除为私人学习或研究目的而进行的任何公平交易外，未经书面许可，不得转载任何部分。内容仅供参考之用。