科创中国

本发明涉及一种基于微高压电化学技术的CO2气体高值转化设备，该设备包括加热装置、密封壳体、工作电极、对电极、参比电极和搅拌装置，加热装置被设置成包围密封壳体，密封壳体设置有阴极腔室和阳极腔室，在阴极腔室中包含同型产乙酸菌或产甲烷菌，工作电极和参比电极由密封壳体的顶盖外部延伸到阴极腔室内，对电极由密封壳体的顶盖外部延伸到阳极腔室内，搅拌装置分别由密封壳体的顶盖外部延伸到阴极腔室和阳极腔室内，在密封壳体的顶盖上设置有进出液口和进出气口，进出液口和进出气口与阴极腔室和阳极腔室连通。该设备例如以水和CO2/CO作为原料，通过微生物电合成制备高价值的化学品。

本发明的一种基于微高压电化学技术的气体高值转化装置，以水和CO2/CO作为原料，在微生物的作用下，通过微高压加电制备H2、甲酸、乙酸等产物，并可进一步合成高价值的化学品。该技术具有应用范围广泛，原料资源充足等特点，可针对各种不同产品和规模需求的用户进行工艺优化和生产装置建设。尤其是针对风电、太阳能电等清洁能源相对充足的地区，以及碳排放较高的工厂附近，通过本装置可实现能源的转换储存，同时降低碳排放。

温室气体排放导致的全球变暖成为国内外高度关注的环境与气候问题。CO2固定、还原和高值转化是碳减排领域的重要方向。另一方面，开发利用太阳能、风能等新能源可以在很大程度上减少化石燃料的使用和CO2的排放，新能源发电与用电模式之间的不平衡导致相当数量的电能难以利用而被废弃；利用弃光、弃电产生的废弃电能实现CO2高值转化可以大幅提高新能源设施的效率。

电化学反应可以利用清洁能源将CO2、CO等转化为附加值更高的化学产品，如乙酸、乙醇等，同时也避免了外源添加H2，因此对环境和能源的可持续发展具有重大的意义。对于气体发酵，较低的气液传质速率成为其限速步骤。现有的常压电解池难以快速将气体底物快速转化为产物，而微高压可提高气体在水中的溶解度，提高CO2气体转化效率。并且微生物电解池(MEC)作为生物电合成乙酸的新方法，微生物可以通过直接或间接方式获得电子；H+通过质子泵进入胞内直接利用，避免形成H2逸散入气相后再被微生物利用，有望解决H2气液传质问题。此外，CO2气液传质是影响MEC电能转化为化学能(乙酸)存储效率(RE→C)的重要限速步骤。本发明应用前景广阔。

研究组现有成员59人，包括院士1人，研究员2人，副研/助研6人，科研支撑人员、博后及研究生50人，拥有科研实验室、工程专用模拟实验室及检测分析实验室，成员研究基础扎实。

本发明可以在多种场合下使用，1)可使用质子交换膜进行微生物电化学反应，质子交换膜可以使阴极和阳极反应独立进行，之间只能进行质子交换，这样不仅可避免阴极产物在阳极氧化，降低反应效率，同时可避免阳极产生氧影响阴极厌氧菌的活性等；2)不使用质子交换膜与普通电解池具有同样的功能，需控制电压降低阴阳极产物之间的影响，降低电解池内阻，减少经济成本。

本科技成果支持技术转让，服务等多种方式，有针对性进行指导转化