Děkujeme za návštěvu webu Nature.com. Verze prohlížeče, kterou používáte, má omezenou podporu CSS. Pro dosažení nejlepších výsledků doporučujeme používat novější verzi prohlížeče (nebo vypnout režim kompatibility v prohlížeči Internet Explorer). Mezitím, abychom zajistili průběžnou podporu, zobrazujeme web bez stylů a JavaScriptu.
Ung Lee a jeho kolegové nyní v časopise Joule publikovali studii pilotního zařízení pro hydrogenaci oxidu uhličitého za účelem výroby kyseliny mravenčí (K. Kim a kol., Joule https://doi.org/10.1016/j.Joule.2024.01). 003;2024). Tato studie demonstruje optimalizaci několika klíčových prvků výrobního procesu. Na úrovni reaktoru může zohlednění klíčových vlastností katalyzátoru, jako je katalytická účinnost, morfologie, rozpustnost ve vodě, tepelná stabilita a dostupnost zdrojů ve velkém měřítku, pomoci zlepšit výkon reaktoru a zároveň udržet nízké požadované množství surovin. Autoři zde použili rutheniový (Ru) katalyzátor nanesený na směsnou kovalentní triazinovou bipyridyltereftalonitrilovu strukturu (označovanou jako Ru/bpyTNCTF). Optimalizovali výběr vhodných aminových párů pro efektivní zachycení a konverzi CO2, přičemž jako reaktivní amin pro zachycení CO2 a podporu hydrogenační reakce za vzniku mravenčanu zvolili N-methylpyrrolidin (NMPI) a jako reaktivní amin N-butyl-N-imidazol (NBIM) jako reaktivní amin. Po izolaci aminu lze mravenčan izolovat pro další výrobu mastných kyselin (FA) tvorbou trans-aduktu. Kromě toho zlepšili provozní podmínky reaktoru z hlediska teploty, tlaku a poměru H2/CO2, aby maximalizovali konverzi CO2. Z hlediska návrhu procesu vyvinuli zařízení sestávající z reaktoru s zkvapkávacím ložem a tří kontinuálních destilačních kolon. Zbytkový hydrogenuhličitan se destiluje v první koloně; NBIM se připravuje tvorbou trans-aduktu ve druhé koloně; produkt FA se získává ve třetí koloně; Pečlivě byl zvážen i výběr materiálu pro reaktor a věž. Pro většinu komponentů byla zvolena nerezová ocel (SUS316L) a pro třetí věž byl zvolen komerční materiál na bázi zirkonia (Zr702), aby se snížila koroze reaktoru díky jeho odolnosti vůči korozi palivových kazet a náklady jsou relativně nízké.
Po pečlivé optimalizaci výrobního procesu – výběru ideální vstupní suroviny, návrhu reaktoru s kapkovou vrstvou a tří kontinuálních destilačních kolon, pečlivém výběru materiálů pro těleso kolony a vnitřní náplň pro snížení koroze a jemném doladění provozních podmínek reaktoru – autoři demonstrují, že byl postaven pilotní závod s denní kapacitou 10 kg palivových kazet, který je schopen udržovat stabilní provoz po dobu více než 100 hodin. Díky pečlivé analýze proveditelnosti a životního cyklu pilotní závod snížil náklady o 37 % a potenciál globálního oteplování o 42 % ve srovnání s tradičními procesy výroby palivových kazet. Celková účinnost procesu navíc dosahuje 21 % a jeho energetická účinnost je srovnatelná s účinností vozidel s palivovými články poháněnými vodíkem.
Qiao, M. Pilotní výroba kyseliny mravenčí z hydrogenovaného oxidu uhličitého. Nature Chemical Engineering 1, 205 (2024). https://doi.org/10.1038/s44286-024-00044-2