株式會(huì)社東芝（以下(xià)稱東芝）日前推出的CO₂資源化技術“Power to Chemicals”，能(néng)夠通過(guò)電化學反應，将CO₂轉換爲可(kě)用(yòng)作燃料和化學原料的一氧化碳。該項東芝專有技術通過(guò)堆疊（Stacking）電解組件進行(háng / xíng)轉換處理，提升了單位面積的處理量，在長23cm×寬12cm左右大小的約信封大小面積内，可(kě)實現每年(nián)高達1.0噸的CO₂處理量。
雖然電解組件的堆疊會(huì)導緻處理速度降低，但東芝通過(guò)自(zì)身專有技術成功解決了堆疊導緻的降速問題。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，可(kě)大幅提升CO₂轉換設備的實用(yòng)性。以一個每天(tiān)排放200噸CO₂的垃圾焚燒廠*1爲例，根據估算，安裝約2000㎡（相當于(yú)5個籃球場大小）的電解堆就(jiù)可(kě)完成全部CO₂的處理。通過(guò)将電解組件進行(háng / xíng)堆疊，能(néng)夠進一步擴大處理規模，這有助于(yú)該設備盡早實現實用(yòng)化。
開發(fā／fà)背景
爲實現脫碳社會(huì)，減少工廠等産業部門的CO₂排放量勢在必行(háng / xíng)。尤其(qí)對(duì)于(yú)CO₂排放量大的制鐵、化工領域，減少CO₂排放量已成爲緊迫課題，在此背景下(xià)，通過(guò)與電力相關的化學反應（電化學反應）将CO₂轉換爲有價值資源，并加以充分利用(yòng)的技術正在不斷進步。東芝開發(fā／fà)的“Power to Chemicals”技術是利用(yòng)可(kě)再生(shēng)能(néng)源的剩餘電力，通過(guò)電解處理中電極表面發(fā／fà)生(shēng)的電化學反應，将CO₂轉換爲有價值資源。
搭載了這種技術的設備今後(hòu)可(kě)以安裝在對(duì)于(yú)CO₂有處理需求的工廠内部。同時，考慮到該設備的實用(yòng)化，必須進一步提升CO₂處理能(néng)力，使其(qí)可(kě)以在有限的空間内完成CO₂的大規模處理。東芝通過(guò)研發(fā／fà)專有的電極介質，成功提升了電流密度*2，這是代表CO₂處理能(néng)力的重要(yào / yāo)指标。爲進一步提升處理能(néng)力，實現技術實用(yòng)化，堆疊電解組件是一種有效的方法。不過(guò)，以堆疊模式進行(háng / xíng)電解的過(guò)程中，由于(yú)能(néng)量損失所(suǒ)産生(shēng)的熱量會(huì)導緻CO₂處理能(néng)力降低*3，這是需要(yào / yāo)攻克的重要(yào / yāo)課題
本技術的特征
爲此，東芝研發(fā／fà)出了在電解組件内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(kě)以有效抑制熱量的産生(shēng)，使CO₂轉換反應停滞的問題得(dé / de / děi)以解決。由于(yú)冷卻通道可(kě)以根據發(fā／fà)熱量進行(háng / xíng)設計，因此可(kě)以根據實際用(yòng)途将電解組件進行(háng / xíng)相應的堆疊及規模化處理。利用(yòng)該技術，東芝試制了由4個電極面積爲100c㎡的電解組件組成的CO₂電解堆，并對(duì)其(qí)進行(háng / xíng)了運行(háng / xíng)測試，最終成功在60 NL/h*4的處理速度下(xià)完成了CO₂轉換（每年(nián)最高可(kě)處理1.0噸CO₂），實現了常溫環境下(xià)高速處理（圖2）。本次研發(fā／fà)的電解堆規格爲長23cm×寬13cm×高23cm，以一個每天(tiān)排放200噸CO₂的垃圾焚燒廠爲例，根據估算，設置約2000㎡（相當于(yú)5個籃球場大小）的電解堆就(jiù)可(kě)完成CO₂處理。
未來展望
東芝今後(hòu)的目标是實現CO₂電解堆的大規模化（增加電解槽層數、加大電解槽尺寸）的同時，爲将該技術導入相應的應用(yòng)場景系統中而(ér)開展實證工作。東芝将力求在21世紀20年(nián)代後(hòu)半期把這種能(néng)夠充分利用(yòng)可(kě)再生(shēng)能(néng)源，将CO₂轉換爲資源的，将Power to Chemicals技術投入實際應用(yòng)。
圖1：本次開發(fā／fà)的電解堆（電極面積100c㎡，4層電解槽堆疊）外觀圖
圖2：本次開發(fā／fà)的CO₂電解堆的CO₂處理速度
*1 參考資料：static/file/reiwa1keizaikennsetusisatu.pdf
*2 實現了高水平的CO₂向化學原料轉換技術 http://www.toshiba.co.jp/rdc/rd/detail_e/e1903_02.html
*3 由于(yú)電解過(guò)程中能(néng)量損失而(ér)産生(shēng)熱量，在此影響下(xià)發(fā／fà)生(shēng)副反應生(shēng)成氫，導緻CO₂處理能(néng)力降低。
*4 0℃、1标準大氣壓下(xià)的體積(L)
