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研究人员正在开发一种将甲烷转化为碳纳米管的节能方法

美国能源部(DOE)希望从北美庞大的天然气储藏中获取最大价值。最近,它为莱斯研究人员提供了一笔庞大的联邦拨款,他们将想出一种有效而廉价的方法将甲烷气体转化为碳纳米管。

作为同素异形体或具有圆柱排列分子的碳的替代形式,碳纳米管拥有许多新颖而独特的特性,使其非常有用。它们足够坚固,可以替代钢和钛等金属,这些传统材料从矿山中提取的成本很高,而提炼成合金的成本甚至更高。

由莱斯大学领导的研究小组的任务是开发一种利用天然气生产碳纳米管的节能工艺。一旦它们成功地将甲烷转化为碳同素异形体,研究人员就将它们编织成纤维,然后对纳米管填充金属材料保护层的能力进行一系列测试。

他们的资金来自美国能源部高级研究计划局能源(ARPA-E)的OPEN +计划。联邦机构目前正在投资开发混凝土和甲烷相关技术的潜在突破性发展。(相关:制造中使用的下一个石棉?碳纳米管与癌症风险有关。)

提出了一种将天然气转化为碳纳米管的节能方法

研究的最终目标是在各种应用中用碳纳米管代替金属。改用碳同素异形体将减少金属制造行业消耗的能量。它还将减少精炼金属过程中产生的空气污染。

最后但并非最不重要的是,该过程会产生氢气作为副产物。氢本身可以以多种方式发挥作用,包括通过燃料电池发动机提供清洁能源。

该研究小组的负责人莱斯大学的教授马特奥·帕斯夸里(Matteo Pasquali)解释说,人类认为碳是人类绝大多数历史和文明的原材料来源。大约在200年前才开始使用化石碳氢化合物作为生产能源的消耗性燃料。

此外,当前的碳经济在生产铝,铜,钢和其他金属上花费了大部分精力。但是,从制造大量材料所消耗的能量来看,这些材料效率低下。

帕斯夸里声称,金属的开采和生产每年占全世界能源消耗的10%以上。金属生产也应归咎于世界上相似比例的空气污染。

碳基替代物,用于昂贵且污染严重的金属

赖斯研究人员认为,将天然气直接转化为碳纳米管可以带来许多好处。碳同素异形体比它要替代的金属更轻,从而大大减轻了重量。

计划使用碳氢化合物分解方法将产生大量的氢气。该气体可以作为清洁燃料燃烧,以减少生产碳纳米管的成本。氢气也易于存储和运输,因此可以运往任何需要的地方。

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