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[转载]「好文分享」光催化还原CO2的前瞻性生命周期评价
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文章导读
光催化还原CO2通过模拟植物的光合作用，不仅可以将太阳能转化为化学能，还可以将CO2转化为燃料和其它重要的化学物质，对于减少大气中的CO2含量具有重要意义。然而，在减少CO2的同时，我们应该首先确保这一方法不会产生新的环境问题。因此，前瞻性分析对于支持现有研究成果的规模化开发至关重要。综上，本研究旨在通过全生命周期影响分析（LCA），比较传统路线、NiAl-LDH和Co-ZIF-9三者在CO2转化生产CO过程中的环境性能，以指导未来CO2转化的研究和开发。西安交通大学杨庆远教授和王俊淇副教授建立了一个清晰而有条理的LCA放大方案，分析了光催化还原CO2技术从实验室到商业规模应用生产面临的主要挑战。相关成果以”Prospective life cycle assessment of CO2 conversion by photocatalytic reaction”为标题发表于Green Chemical Engineering（GreenChE）。
图1. 光催化还原CO2生产CO的过程概述图。
内容概述
本研究使用OpenLCA软件v1.10.2中的CML影响评估方法完成。并具体考虑了气候变化（CC, kg CO2 eq.）、酸化潜力（AP, kg SO2 eq.）、非生物资源消耗（DAR, MJ）、富营养化潜力（ETP, kg PO4 eq.）、臭氧层消耗潜力（ODP, kg CFC-11 eq.）和光化学氧化潜力（POP, kg ethylene eq.）等关键参数以获取准确的环境影响分析结果。分析过程遵循ISO 14044（2006）标准规范。根据分析结果，在质量平衡的基础上，由于催化剂的化学结构不同，总环境负担Co-ZIF-9＜传统路线＜NiAl-LDH。
图2. 研究流程示意图。
具体而言，传统路线和NiAl-LDH分别表现出比Co-ZIF-9大1.26倍和5.5倍的CC值。这主要是由于在NiAl-LDH的合成过程中，硝酸的使用会排放大量的CO2和CH4。因此，减少NiAl-LDH生产过程中硝酸的使用可以在一定程度上缓解温室效应。当产生1 kg CO2时，NiAl-LDH、Co-ZIF-9和传统路线的DAR值分别为66.90 MJ、33.42 MJ和49.94 MJ。而AP、ETP和POP的分析结果表明，Co-ZIF-9更环保。但是，下游处理过程中使用的化学品对生态环境会产生较大影响，应适当减少或替代化学品的使用。灵敏性分析结果表明，提高催化剂的循环性能可以减少生产催化剂材料的使用，从而减少对化石燃料的需求以及温室气体排放。
图3. Co-ZIF-9、NiAl-LDH和传统路线生产1 kg CO过程的环境影响。
综上，本研究认为，光催化还原CO2生产CO在进一步工业化应用过程中，必须解决以下几点关键问题：1. 材料创新：持续研究具有更高效率、稳定性和可负担性的新型光催化材料；2. 工艺优化：开发稳健、可扩展和节能的光催化工艺路径；3. 经济可行性：使光催化工艺与现有技术相比在经济上具有竞争力，最小化生产成本，增加催化剂寿命，并最大限度地提高能源效率；4. 环境可持续性：确保光催化工业过程对环境友好，避免产生废物或副产品，减少能源消耗。
通讯作者简介
杨庆远 教授
杨庆远，西安交通大学化学工程与技术学院学院教授，陕西省高层次人才。课题组长期从事MOF等多孔材料在能源气体存储方面的应用研究等，近5年以第一/通讯作者发表 SCI 论文二十余篇，主要发表在Angewandte Chemie International Edition、Separation and Purification Technology、Chemical Engineering Journal和ACS Catalysis等杂志上；主持了多项国家级/省部级项目并受邀担任中国晶体学会青年委员会委员；担任《Chinese Chemical Letters》青年编委。
课题组主页：http://gr.xjtu.edu.cn/web/qingyuan.yang
王俊淇 副教授
王俊淇，西安交通大学人居环境与建筑工程学院副教授。课题组长期从事生物质资源化利用研究，近5年以第一/通讯作者发表 SCI 论文二十余篇，主要发表在Chemical Engineering Journal、Bioresource Technology和Journal of Cleaner production等杂志上；主持了多项国家级/省部级项目并受邀担任多个期刊的编委/青年编委。
课题组主页：https://gr.xjtu.edu.cn/web/wjq/home
撰稿：原文作者
编辑：GreenChE编辑部
https://blog.sciencenet.cn/blog-3464012-1412739.html
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