株式會(huì )社東芝（以下稱(chēng)東芝）日前推出的CO?資源化技術(shù)“Power to Chemicals”，能夠通過(guò)電化學(xué)反應，將CO?轉換為可用作燃料和化學(xué)原料的一氧化碳。該項東芝專(zhuān)有技術(shù)通過(guò)堆疊（Stacking）電解組件進(jìn)行轉換處理，提升了單位面積的處理量，在長(cháng)23cm×寬12cm左右大小的約信封大小面積內，可實(shí)現每年高達1.0噸的CO?處理量。
雖然電解組件的堆疊會(huì )導致處理速度降低，但東芝通過(guò)自身專(zhuān)有技術(shù)成功解決了堆疊導致的降速問(wèn)題。通過(guò)堆疊設計提升了單位面積的處理量，在節約空間的同時(shí)，可大幅提升CO?轉換設備的實(shí)用性。以一個(gè)每天排放200噸CO?的垃圾焚燒廠(chǎng)*1為例，根據估算，安裝約2000㎡（相當于5個(gè)籃球場(chǎng)大?。┑碾娊舛丫涂赏瓿扇緾O?的處理。通過(guò)將電解組件進(jìn)行堆疊，能夠進(jìn)一步擴大處理規模，這有助于該設備盡早實(shí)現實(shí)用化。
開(kāi)發(fā)背景
為實(shí)現脫碳社會(huì )，減少工廠(chǎng)等產(chǎn)業(yè)部門(mén)的CO?排放量勢在必行。尤其對于CO?排放量大的制鐵、化工領(lǐng)域，減少CO?排放量已成為緊迫課題，在此背景下，通過(guò)與電力相關(guān)的化學(xué)反應（電化學(xué)反應）將CO?轉換為有價(jià)值資源，并加以充分利用的技術(shù)正在不斷進(jìn)步。東芝開(kāi)發(fā)的“Power to Chemicals”技術(shù)是利用可再生能源的剩余電力，通過(guò)電解處理中電極表面發(fā)生的電化學(xué)反應，將CO?轉換為有價(jià)值資源。
搭載了這種技術(shù)的設備今后可以安裝在對于CO?有處理需求的工廠(chǎng)內部。同時(shí)，考慮到該設備的實(shí)用化，必須進(jìn)一步提升CO?處理能力，使其可以在有限的空間內完成CO?的大規模處理。東芝通過(guò)研發(fā)專(zhuān)有的電極介質(zhì)，成功提升了電流密度*2，這是代表CO?處理能力的重要指標。為進(jìn)一步提升處理能力，實(shí)現技術(shù)實(shí)用化，堆疊電解組件是一種有效的方法。不過(guò)，以堆疊模式進(jìn)行電解的過(guò)程中，由于能量損失所產(chǎn)生的熱量會(huì )導致CO?處理能力降低*3，這是需要攻克的重要課題
本技術(shù)的特征
為此，東芝研發(fā)出了在電解組件內部加入冷卻裝置的堆疊構造。通過(guò)在電極之間增加冷卻通道，可以有效抑制熱量的產(chǎn)生，使CO?轉換反應停滯的問(wèn)題得以解決。由于冷卻通道可以根據發(fā)熱量進(jìn)行設計，因此可以根據實(shí)際用途將電解組件進(jìn)行相應的堆疊及規?；幚?。利用該技術(shù)，東芝試制了由4個(gè)電極面積為100c㎡的電解組件組成的CO?電解堆，并對其進(jìn)行了運行測試，最終成功在60 NL/h*4的處理速度下完成了CO?轉換（每年最高可處理1.0噸CO?），實(shí)現了常溫環(huán)境下高速處理（圖2）。本次研發(fā)的電解堆規格為長(cháng)23cm×寬13cm×高23cm，以一個(gè)每天排放200噸CO?的垃圾焚燒廠(chǎng)為例，根據估算，設置約2000㎡（相當于5個(gè)籃球場(chǎng)大?。┑碾娊舛丫涂赏瓿蒀O?處理。
未來(lái)展望
東芝今后的目標是實(shí)現CO?電解堆的大規?；ㄔ黾与娊獠蹖訑?、加大電解槽尺寸）的同時(shí)，為將該技術(shù)導入相應的應用場(chǎng)景系統中而開(kāi)展實(shí)證工作。東芝將力求在21世紀20年代后半期把這種能夠充分利用可再生能源，將CO?轉換為資源的，將Power to Chemicals技術(shù)投入實(shí)際應用。
圖1：本次開(kāi)發(fā)的電解堆（電極面積100c㎡，4層電解槽堆疊）外觀(guān)圖
圖2：本次開(kāi)發(fā)的CO?電解堆的CO?處理速度
*2 實(shí)現了高水平的CO?向化學(xué)原料轉換技術(shù) http://www.toshiba.co.jp/rdc/rd/detail_e/e1903_02.html
*3 由于電解過(guò)程中能量損失而產(chǎn)生熱量，在此影響下發(fā)生副反應生成氫，導致CO?處理能力降低。
*4 0℃、1標準大氣壓下的體積(L)
