東芝推動「Power to Chemicals」技術的早期實用化,計畫2030年代達到二氧化碳年處理量數十噸規模

 

刊登日期:2021/3/11
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日本東芝(TOSHIBA)將著手推動利用二氧化碳製造燃料或化學品料之「Power to Chemicals」的早期實用化。東芝透過讓二氧化碳直接反應的獨家二氧化碳電解技術,促使轉換成一氧化碳氣體的速度比人工光合用技術提高了450倍。今後在日本環境省的委託計畫之下,預計2022年度內開發出年處理量1~2噸的二氧化碳電解槽(Electrolytic Cell)且進行實證實驗,並計畫在2025年後將商用機投入市場,以期在2030年代達到數十噸規模商用機的實用化目標。

既有二氧化碳電解技術因二氧化碳不易溶於水,還原反應的進展不佳是一項待解決的課題。而東芝的「Power to Chemicals」有兩項技術突破,大幅改善了生產能力。第一項突破是利用具有特徵性的觸媒電極,透過對氣體(二氧化碳)、液體(電解質)、固體(觸媒)的三相界面反應控制,促使二氧化碳可以直接反應,解除了二氧化碳的供應速率限制(Rate-determining)。另一項突破則是陰極觸媒的多孔質化(Porous)。東芝利用獨家的觸媒塗佈技術,透過形成具有優異二氧化碳氣體擴散性之多孔質構造的陰極觸媒層,有效率地供應二氧化碳,促使二氧化碳轉換效率大幅地提升。

結果顯示,透過三相界面控制,單位面積的轉換速度(cm2‧每1分鐘的二氧化碳生成量)為3.2毫升,採用了多孔質陰極觸媒之後,則更進一步實現了4.5毫升的水準。且與2015年東芝自行開發的人工光合成技術(0.01毫升)相比較的話,達到了450倍的生產能力。

此外,處理設備的小型化也是東芝「Power to Chemicals」技術的優勢。以一般中型規模垃圾焚化廠的二氧化碳處理狀況(日排放量200噸)而言,利用人工光合作用技術的話,以光觸媒需要195公頃,藻類培養需要723公頃;而「Power to Chemicals」技術只需要0.2公頃即可,相較之下容易併設於既有設施或場所。

在環境省的委託事業方面,東芝在2018年就已開始提倡利用「Power to Chemicals」技術轉換成的一氧化碳製造甲醇的應用模式,目前已開始實驗室規模的電解槽實證,預計2022年度展開二氧化碳年處理量1~2噸之1kW級系統的實證。

另在實際製造燃料或化學品方面,由於利用「Power to Chemicals」技術轉換得來的一氧化碳氣體與氫氣的合成氣體能成為原料之故,將可望與氫能事業發揮綜效。而最初的適用目標預定將是今年開始有二氧化碳排出限制的航空業界。因此東芝也開始評估利用「Power to Chemicals」技術將二氧化碳再利用於永續航空燃料製造的商業模式,並且已受到多家化學企業關注。


資料來源: 化學工業日報/材料世界網編譯
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