用低成本催化剂将海水转化为燃料

左边的补给加油机为海上的一艘海军舰船加油。罗彻斯特大学的Porosoff研究小组已经证明，钾促进的碳化钼催化剂可以帮助美国海军实现将海水转化为燃料的目标，从而有效地消除了传统加油作业的需要。

罗切斯特化学工程师首次展示了“钾促进”催化剂在工业规模上的应用潜力。

现在，海军寻求通过将海水转化为燃料来为舰船提供动力的努力已接近尾声。

OxEon Energy的该反应器用于在工业规模上验证钾促进的碳化钼催化剂的有效性。

罗彻斯特大学化学工程师与匹兹堡大学海军研究实验室的研究人员和OxEon Energy进行了合作，证明了钾促进的碳化钼催化剂能够有效，可靠地将二氧化碳转化为一氧化碳，这是转向碳氢化合物的关键一步。海水变成燃料。

“这是这种碳化钼催化剂可以在工业规模上使用的第一个证明，”罗切斯特化学工程系助理教授马克·波罗索夫（Marc Porosoff）说。在《能源与环境科学》杂志上的一篇论文中，研究人员描述了他们在分子，实验室和中试规模上进行的一系列详尽的实验，以记录催化剂对放大规模的适用性。

如果海军舰船能够从航行中的海水中产生自己的燃料，那么它们就可以保持连续运转。除少数核动力航母和潜艇外，大多数海军舰船必须定期与油轮并排布置以补充燃料油，这在恶劣天气下可能很困难。

2014年，由希瑟·威劳（Heather Willauer）领导的海军研究实验室团队宣布，该公司已使用催化转化器从海水中提取二氧化碳和氢气，然后以92％的效率将气体转化为液态烃。

从那时起，重点一直放在提高过程效率和扩大规模以生产足够数量的燃料上。

海水燃料转化过程中的关键步骤

从海水中提取的二氧化碳极难通过现有方法直接转化为液态烃。因此，必须首先通过反向水煤气变换（RWGS）反应将二氧化碳转化为一氧化碳。然后可以通过费-托合成将一氧化碳转化为液态烃。

去年夏天与Porosoff研究小组实习的Madeline Vonglis 20岁，进行了许多实验室规模的实验，以表征钾促进的碳化钼催化剂，并且是《能源与环境科学》论文的第二作者。她将于今年秋天在宾夕法尼亚州立大学（Pennsylvania State University）取得化学工程博士学位。

通常，RWGS的催化剂包含昂贵的贵金属，并且在反应条件下会迅速失活。但是，钾改性的碳化钼催化剂是由低成本的组分合成的，在为期10天的中试规模研究的连续运行过程中没有任何失活的迹象。这就是为什么演示碳化钼催化剂很重要的原因。

Porosoff在Willauer团队担任博士后研究人员时就开始从事该项目，他发现向载于γ-氧化铝表面的碳化钼催化剂中添加钾可以作为低成本，稳定且高度选择性的催化剂在RWGS期间将二氧化碳转化为一氧化碳。

Porosoff说，钾降低了RWGS反应的能垒，而带有凹槽和孔的γ氧化铝（就像海绵一样）有助于确保碳化钼催化剂颗粒保持分散状态，从而最大程度地增加了可用于反应的表面积，Porosoff说。

为了确定钾促进的碳化钼是否也可能用于捕获和转化发电厂中的二氧化碳，研究小组将进行进一步的实验，以测试催化剂在暴露于烟气中常见的污染物（例如汞，硫，镉）中时的稳定性。和氯。

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参考：Mitchell Juneau，Madeline Vonglis，Joseph Hartvigsen，Lyman Frost，Dylan Bayerl，Mudit Dixit，Giannis Mpourmpakis和JamesR。莫尔斯（Morse），杰弗里·鲍德温（Jeffrey W.Baldwin），希瑟·维劳尔（Heather D.Willauer）和马克·波罗索夫（Marc D.Porosoff），2020年7月7日，能源与环境科学.DOI：
10.1039 / D0EE01457E

罗切斯特（Rochester）的合著者包括主要作者米洛·朱诺（Mitchell Juneau），波洛索夫（Porosoff）研究小组的一名博士学位学生，以及前本科生玛德琳·旺利斯（Madeline Vonglis ’20）。

海军研究办公室奖支持了该项目。