一種新型反應器設計可將小型鍋爐排放的二氧化碳轉化為甲烷燃料，為應對氣候變遷提供了一種前景的策略。減少鍋爐等小型燃燒系統和其他工業設備的碳排放，對於實現永續發展和碳中和的未來至關重要。鍋爐普遍存在於眾多產業中，用於供暖、蒸汽發電和發電等關鍵功能，在溫室氣體排放中扮演重要角色。

鍋爐的效率通常很高。因此，僅靠提高燃燒效率很難減少二氧化碳排放。因此，研究人員正在探索其他方法，以減輕鍋爐排放的二氧化碳對環境的影響。為此，一個很有前景的策略是捕獲這些系統排放的二氧化碳，並將其轉化為有用的產品，如甲烷。

要實施此策略，需要一種特殊類型的膜反應器，即分配器型膜反應器（DMR），它既能促進化學反應，又能分離氣體。雖然DMR 已在某些行業中使用，但在將二氧化碳轉化為甲烷方面的應用，尤其是在鍋爐等小型系統中的應用，仍相對較少。

由日本芝浦工業大學的野村幹弘教授和波蘭AGH 科技大學的Grzegorz Brus 教授領導的一組日本和波蘭研究人員填補了這項研究空白。他們的研究成果最近發表在《二氧化碳利用期刊》。

來自日本和波蘭的研究人員開發出一種反應器設計，可有效捕捉二氧化碳排放並將其轉化為可用的甲烷燃料。這項突破可大幅減少溫室氣體排放，為實現碳中和的未來鋪路。資料來源：日本SIT 的野村幹弘教授

研究小組雙管齊下，透過數值模擬和實驗研究來優化反應器設計，以便將小型鍋爐中的二氧化碳高效轉化為甲烷。在模擬過程中，研究小組模擬了氣體在不同條件下的流動和反應。這反過來又使他們能夠最大限度地減少溫度變化，確保在甲烷生產保持可靠的同時優化能源消耗。

研究團隊還發現，與將氣體導入單一位置的傳統方法不同，分散式進料設計可以將氣體分散到反應器中，而不是從一個地方送入。這反過來又能使二氧化碳更好地分佈在整個膜中，防止任何位置過熱。野村教授解釋說：”與傳統的填料床反應器相比，這種DMR 設計幫助我們將溫度增量降低了約300 度。”

除了分散式進料設計，研究人員還探索了影響反應器效率的其他因素，並發現一個關鍵變數是混合物中的二氧化碳濃度。改變混合物中的二氧化碳含量會影響反應的效果。 “當二氧化碳濃度約15%（與鍋爐中的二氧化碳濃度相似）時，反應器產生甲烷的效果要好得多。事實上，與只有純二氧化碳的普通反應器相比，它能多產生約1.5 倍的甲烷，”野村教授強調說。

此外，研究團隊也研究了反應器尺寸的影響，發現增大反應器尺寸有助於為反應提供氫氣。不過，需要考慮一個折衷的問題，因為提高氫氣可用性的好處需要謹慎的溫度管理，以避免過熱。

因此，這項研究為解決溫室氣體排放的主要來源問題提供了一個前景廣闊的解決方案。透過利用DMR，可以成功地將低濃度二氧化碳排放轉化為可用的甲烷燃料。由此獲得的益處不僅限於甲烷化，還可應用於其他反應，使這種方法成為高效利用二氧化碳的多功能工具，甚至適用於家庭和小型工廠。

這項研究得到了波蘭國家機構、克拉科夫AGH 大學和日本科學促進會的資助。

編譯來源：ScitechDaily