东芝研发出可高速将二氧化碳转变为有价值资源的技术为实现脱碳社会做贡献

2021年03月26日 15:29:40 来源：中文科技资讯

　　株式会社东芝(以下称东芝)日前推出的CO2资源化技术“Power to Chemicals”，能够通过电化学反应，将CO2转换为可用作燃料和化学原料的一氧化碳。该项东芝专有技术通过堆叠(Stacking)电解组件进行转换处理，提升了单位面积的处理量，在长23cm×宽12cm左右大小的约信封大小面积内，可实现每年高达1.0吨的CO2处理量。

　　虽然电解组件的堆叠会导致处理速度降低，但东芝通过自身专有技术成功解决了堆叠导致的降速问题。通过堆叠设计提升了单位面积的处理量，在节约空间的同时，可大幅提升CO2转换设备的实用性。以一个每天排放200吨CO2的垃圾焚烧厂(*1)为例，根据估算，安装约2000m2(相当于5个篮球场大小)的电解堆就可完成全部CO2的处理。通过将电解组件进行堆叠，能够进一步扩大处理规模，这有助于该设备尽早实现实用化。

　　开发背景

　　为实现脱碳社会，减少工厂等产业部门的CO2排放量势在必行。尤其对于CO2排放量大的制铁、化工领域，减少CO2排放量已成为紧迫课题，在此背景下，通过与电力相关的化学反应(电化学反应)将CO2转换为有价值资源，并加以充分利用的技术正在不断进步。东芝开发的“Power to Chemicals”技术是利用可再生能源的剩余电力，通过电解处理中电极表面发生的电化学反应，将CO2转换为有价值资源。

　　搭载了这种技术的设备今后可以安装在对于CO2有处理需求的工厂内部。同时，考虑到该设备的实用化，必须进一步提升CO2处理能力，使其可以在有限的空间内完成CO2的大规模处理。东芝通过研发专有的电极介质，成功提升了电流密度(*2)，这是代表CO2处理能力的重要指标。为进一步提升处理能力，实现技术实用化，堆叠电解组件是一种有效的方法。不过，以堆叠模式进行电解的过程中，由于能量损失所产生的热量会导致CO2处理能力降低(*3)，这是需要攻克的重要课题。

　　本技术的特征

　　为此，东芝研发出了在电解组件内部加入冷却装置的堆叠构造。通过在电极之间增加冷却通道，可以有效抑制热量的产生，使CO2转换反应停滞的问题得以解决。由于冷却通道可以根据发热量进行设计，因此可以根据实际用途将电解组件进行相应的堆叠及规模化处理。利用该技术，东芝试制了由4个电极面积为100cm2的电解组件组成的CO2电解堆，并对其进行了运行测试，最终成功在60 NL/h(*4)的处理速度下完成了CO2转换(每年最高可处理1.0吨CO2)，实现了常温环境下高速处理(图2)。本次研发的电解堆规格为长23cm×宽13cm×高23cm，以一个每天排放200吨CO2的垃圾焚烧厂为例，根据估算，设置约2000 m2(相当于5个篮球场大小)的电解堆就可完成CO2处理。

　　未来展望

　　东芝今后的目标是实现CO2电解堆的大规模化(增加电解槽层数、加大电解槽尺寸)的同时，为将该技术导入相应的应用场景系统中而开展实证工作。东芝将力求在21世纪20年代后半期把这种能够充分利用可再生能源，将CO2转换为资源的，将Power to Chemicals技术投入实际应用。