CO2 conversion by reverse water gas shift catalysis: Comparison of catalysts, mechanisms and their consequences for CO2 conversion to liquid fuels

RSC Advances

Volumn 6, Issue 55, 2016, Pages 49675-49691

  Daza, Yolanda A ^a   Kuhn, John N ^a  

^a UNIVERSITY OF SOUTH FLORIDA   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

CARBON DIOXIDE; CATALYSIS; CATALYSTS; CHEMICAL SHIFT; ECONOMICS; FUELS; HYDROGEN PRODUCTION; INVESTMENTS; LIQUID FUELS; LIQUIDS; PHOTOCATALYSIS;

CAPITAL INVESTMENT; CO HYDROGENATION; COMPETING TECHNOLOGIES; CONVERSION PROCESS; LIQUID HYDROCARBON FUEL; RENEWABLE HYDROGENS; REVERSE WATER GAS SHIFT; THERMOCHEMICAL CYCLES;

WATER GAS SHIFT;

EID: 84973514422     PISSN: None     EISSN: 20462069     Source Type: Journal    
DOI: 10.1039/c6ra05414e     Document Type: Article

References (170)

1. International Energy Agency, 2015 Key World Energy Statistics, Supply, Consumption and Emissions, 2015, https://www.iea.org/publications/freepublications/publication/key-world-energy-statistics-2015.html
2. U.S. Department of Energy Office of Science, U.S. DOE, Carbon Cycling and Biosequestration: Integrating Biology and Climate Through Systems Science; Report from the March 2008 Workshop, 2008, http://genomicscience.energy.gov/carboncycle/report/index.shtml
3. J.-B. Sallee R. J. Matear S. R. Rintoul A. Lenton Nat. Geosci. 2012 5 579
4. C. Hauri T. Friedrich A. Timmermann Nat. Clim. Change 2016 6 172
5. Global C.C.S. Institute, The Global Status of CCS: 2015, Summary Report, 2015, http://status.globalccsinstitute.com/
6. G.C.C.S. Institute, Last access date February 17, 2016, Last updated 2015, http://www.globalccsinstitute.com/projects/large-scale-ccs-projects
7. M. Aresta A. Dibenedetto Dalton Trans. 2007 2975
8. M. Mikkelsen M. Jorgensen F. C. Krebs Energy Environ. Sci. 2010 3 43 81
9. 2 Transport and Storage, U.S. Department of Energy under Contract DE-AC05-76RL01830, 2008
10. R. Angamuthu P. Byers M. Lutz A. L. Spek E. Bouwman Science 2010 327 313
11. S. Sato T. Arai T. Morikawa K. Uemura T. M. Suzuki H. Tanaka T. Kajino J. Am. Chem. Soc. 2011 133 15240
12. G. A. Olah A. Goeppert G. K. S. Prakash J. Org. Chem. 2009 74 487
13. A. Goeppert M. Czaun J.-P. Jones G. K. Surya Prakash G. A. Olah Chem. Soc. Rev. 2014 43 7995
14. G. Job, S. D. Allen, C. Simoneau, R. Valente and J. J. Farmer, Metal complexes, US pat., US20150232496A1, USA, 2015
15. P.E.A.o.P. Manufacturers, Plastics-the Facts 2015, Brussels, Belgium, 2015, p. 1
16. P. M. Mortensen I. Dybkjær Appl. Catal., A 2015 495 141
17. P. Kaiser R. B. Unde C. Kern A. Jess Chem.-Ing.-Tech. 2013 85 489
18. 2 capture in the UK cement, chemicals, iron and steel and oil refining sectors by 2025: A Techno-economic Study, Techno-economics of ICCS and CCU in UK, 2014, https://www.gov.uk/government/publications/co2-capture-in-the-uk-cement-chemicals-iron-steel-and-oil-refining-sectors
19. X. Xiaoding J. A. Moulijn Energy Fuels 1996 10 305
20. M. B. Ansari S.-E. Park Energy Environ. Sci. 2012 5 9419
21. M. Poliakoff W. Leitner E. S. Streng Faraday Discuss. 2015 183 9
22. M. Institute, Last access date Last updated http://www.methanol.org/Methanol-Basics.aspx
23. I.E. Agency, Last access date 02/22/2016, Last updated 02/09/2016, https://www.iea.org/oilmarketreport/omrpublic/
24. U.S.E.I.A., Last access date 02/22/2016, Last updated 11/05/2015, http://www.eia.gov/Energyexplained/index.cfm?page=oil-refining
25. International Energy Agency, 2013 Key World Energy Statistics, Transformation, 2013, http://www.iea.org/publications/freepublications/publication/KeyWorld2013-FINAL-WEB.pdf
26. International Energy Agency, 2014 Key World Energy Statistics, Emissions, 2014, http://www.iea.org/publications/freepublications/publication/key-world-energy-statistics-2014.html
27. G. Centi S. Perathoner Catal. Today 2009 148 191
28. 2 Conversion and Utilization, American Chemical Society, 2002, p. 2
29. T. Riedel M. Claeys H. Schulz G. Schaub S.-S. Nam K.-W. Jun M.-J. Choi G. Kishan K.-W. Lee Appl. Catal., A 1999 186 201
30. 2: A Valuable Source of Carbon, ed., M. De Falco, and, G. Iaquaniello, and, G. Centi, Springer, London, 2013, p. 27
31. S. Chu A. Majumdar Nature 2012 488 294
32. C. Song Catal. Today 2006 115 2
33. O.-S. Joo K.-D. Jung I. Moon A. Y. Rozovskii G. I. Lin S.-H. Han S.-J. Uhm Ind. Eng. Chem. Res. 1999 38 1808
34. N. Meiri Y. Dinburg M. Amoyal V. Koukouliev R. V. Nehemya M. V. Landau M. Herskowitz Faraday Discuss. 2015 183 197
35. K. Oshima T. Shinagawa Y. Nogami R. Manabe S. Ogo Y. Sekine Catal. Today 2014 232 27
36. W. Wang S. Wang X. Ma J. Gong Chem. Soc. Rev. 2011 40 3703
37. E. V. Kondratenko G. Mul J. Baltrusaitis G. O. Larrazábal J. Pérez-Ramírez Energy Environ. Sci. 2013 6 3112
38. International Renewable Energy Agency, IRENA, Renewable Energy Cost Analysis, Concentrating Solar Power, 2012, http://www.irena.org/menu/index.aspx?mnu=Subcat&PriMenuID=36&CatID=141&SubcatID=233
39. J. A. Turner Science 2004 305 972
40. A. Hauch S. D. Ebbesen S. H. Jensen M. Mogensen J. Mater. Chem. 2008 18 2331
41. J. Kim C. A. Henao T. A. Johnson D. E. Dedrick J. E. Miller E. B. Stechel C. T. Maravelias Energy Environ. Sci. 2011 4 3122
42. J. Kim T. A. Johnson J. E. Miller E. B. Stechel C. T. Maravelias Energy Environ. Sci. 2012 5 8417
43. A. Taheri E. J. Thompson J. C. Fettinger L. A. Berben ACS Catal. 2015 5 7140
44. U.S. E.P.A., Global Anthropogenic Non-CO2 Greenhouse Gas Emissions: 1990-2030, O.o.A.P.C.C. Division, U.S. Environmental Protection Agency, Washington, DC, 2012
45. N. H. Elsayed N. R. M. Roberts B. Joseph J. N. Kuhn Appl. Catal., B 2015 179 213
46. J. Skrzypek M. Lachowska D. Serafin Chem. Eng. Sci. 1990 45 89
47. Q. Zhai S. Xie W. Fan Q. Zhang Y. Wang W. Deng Y. Wang Angew. Chem., Int. Ed. 2013 52 5776
48. H. Zhou J. Guo P. Li T. Fan D. Zhang J. Ye Sci. Rep. 2013 3 1667
49. F. G. Acién Fernández C. V. González-López J. M. Fernández Sevilla E. Molina Grima Appl. Microbiol. Biotechnol. 2012 96 577
50. L. Gustavsson P. Börjesson B. Johansson P. Svenningsson Energy 1995 20 1097
51. K. Gao K. R. McKinley J. Appl. Phycol. 1994 6 45
52. W. C. Chueh C. Falter M. Abbott D. Scipio P. Furler S. M. Haile A. Steinfeld Science 2010 330 1797
53. P. Furler J. R. Scheffe M. Gorbar L. Moes U. Vogt A. Steinfeld Energy Fuels 2012 26 7051
54. J. E. Miller M. D. Allendorf R. B. Diver L. R. Evans N. P. Siegel J. N. Stuecker J. Mater. Sci. 2008 43 4714 4728
55. A. Le Gal S. Abanades G. Flamant Energy Fuels 2011 25 4836
56. A. H. McDaniel E. C. Miller D. Arifin A. Ambrosini E. N. Coker R. O'Hayre W. C. Chueh J. Tong Energy Environ. Sci. 2013 6 2024
57. A. H. Bork M. Kubicek M. Struzik J. L. M. Rupp J. Mater. Chem. A 2015 3 15546
58. K.-H. Ernst C. T. Campbell G. Moretti J. Catal. 1992 134 66
59. M. J. L. Ginés A. J. Marchi C. R. Apesteguía Appl. Catal., A 1997 154 155
60. C.-S. Chen W.-H. Cheng S.-S. Lin Appl. Catal., A 2004 257 97
61. C.-S. Chen J. H. Lin J. H. You C. R. Chen J. Am J. Am. Chem. Soc. 2006 128 15950
62. W. Wang Y. Zhang Z. Wang J.-M. Yan Q. Ge C.-J. Liu Catal. Today 2016 259 402
63. B. Zhao Y.-X. Pan C.-J. Liu Catal. Today 2012 194 60
64. L. Wang H. Liu Y. Liu Y. Chen S. Yang J. Rare Earths 2013 31 969
65. P. Panagiotopoulou D. I. Kondarides X. E. Verykios Catal. Today 2012 181 138 147
66. K.-W. Jun H.-S. Roh K.-S. Kim J.-S. Ryu K.-W. Lee Appl. Catal., A 2004 259 221
67. C. Bosch and W. Wild, Producing hydrogen, US pat., US1115776A, 1914
68. D. S. Mallapragada N. R. Singh V. Curteanu R. Agrawal Ind. Eng. Chem. Res. 2013 52 5136
69. J. E. Whitlow C. F. Parrish AIP Conf. Proc. 2003 654 1116 1123
70. D. P. VanderWiel, J. L. Zilka, Y. Wang, A. Y. Tonkovich and R. S. Wegeng, Carbon Dioxide Conversions in Microreactors, IMRET 4: Proceedings of the 4th International Conference on Microreaction Technology, Topical Conference Proceedings, AIChE Spring National Meeting, American Institute of Chemical Engineers, Atlanta, GA, 2000, p. 187
71. M. D. Porosoff B. Yan J. G. Chen Energy Environ. Sci. 2016 9 62
72. P. Lanzafame G. Centi S. Perathoner Chem. Soc. Rev. 2014 43 7562
73. G. Centi E. A. Quadrelli S. Perathoner Energy Environ. Sci. 2013 6 1711
74. W. Wang J. Gong Front. Chem. Sci. Eng. 2011 5 2
75. T. Sakakura J.-C. Choi H. Yasuda Chem. Rev. 2007 107 2365
76. N. P. Siegel J. E. Miller I. Ermanoski R. B. Diver E. B. Stechel Ind. Eng. Chem. Res. 2013 52 3276
77. G. P. Smestad A. Steinfeld Ind. Eng. Chem. Res. 2012 51 11828
78. T. Kodama N. Gokon Chem. Rev. 2007 107 4048
79. J. R. Rostrup-Nielsen J. Sehested Adv. Catal. 2002 47 65
80. M. C. J. Bradford M. A. Vannice Catal. Rev.-Sci. Eng. 1999 41 1
81. D. Pakhare J. J. Spivey Chem. Soc. Rev. 2014 43 7813
82. V. Havran M. P. Dudukovi C. S. Lo Ind. Eng. Chem. Res. 2011 50 7089
83. E. V. Kondratenko G. Mul J. Baltrusaitis G. O. Larrazabal J. Perez-Ramirez Energy Environ. Sci. 2013 6 3112
84. S. N. Habisreutinger L. Schmidt-Mende J. K. Stolarczyk Angew. Chem., Int. Ed. 2013 52 7372
85. B. Kumar M. Llorente J. Froehlich T. Dang A. Sathrum C. P. Kubiak Annu. Rev. Phys. Chem. 2012 63 541
86. S. C. Roy O. K. Varghese P. Paulose C. A. Grimes ACS Nano 2010 1259
87. V. P. Indrakanti J. D. Kubicki H. H. Schobert Energy Environ. Sci. 2009 2 745
88. A. M. Appel J. E. Bercaw A. B. Bocarsly H. Dobbek D. L. DuBois M. Dupuis J. G. Ferry E. Fujita R. Hille P. J. A. Kenis C. A. Kerfeld R. H. Morris C. H. F. Peden A. R. Portis S. W. Ragsdale T. B. Rauchfuss J. N. H. Reek L. C. Seefeldt R. K. Thauer G. L. Waldrop Chem. Rev. 2013 113 6621
89. H. Arakawa M. Aresta J. N. Armor M. A. Barteau E. J. Beckman A. T. Bell J. E. Bercaw C. Creutz E. Dinjus D. A. Dixon K. Domen D. L. DuBois J. Eckert E. Fujita D. H. Gibson W. A. Goddard D. W. Goodman J. Keller G. J. Kubas H. H. Kung J. E. Lyons L. E. Manzer T. J. Marks K. Morokuma K. M. Nicholas R. Periana L. Que J. Rostrup-Nielson W. M. H. Sachtler L. D. Schmidt A. Sen G. A. Somorjai P. C. Stair B. R. Stults W. Tumas Chem. Rev. 2001 101 953
90. N. von der Assen P. Voll M. Peters A. Bardow Chem. Soc. Rev. 2014 43 7982
91. L.-S. Fan L. Zeng W. Wang S. Luo Energy Environ. Sci. 2012 5 7254
92. N. MacDowell N. Florin A. Buchard J. Hallett A. Galindo G. Jackson C. S. Adjiman C. K. Williams N. Shah P. Fennell Energy Environ. Sci. 2010 3 1645
93. G. Goeppert M. Czaun G. K. S. Prakash G. A. Olah Energy Environ. Sci. 2012 5 7833
94. C. Ratnasamy J. P. Wagner Catal. Rev. 2009 51 325
95. C.-S. Chen W.-H. Cheng S.-S. Lin Chem. Commun. 2001 1770
96. S. Bebelis H. Karasali C. G. Vayenas Solid State Ionics 2008 179 1391
97. S.-I. Fujita M. Usui N. Takezawa J. Catal. 1992 134 220
98. J. A. Rodriguez J. Evans L. Feria A. B. Vidal P. Liu K. Nakamura F. Illas J. Catal. 2013 307 162
99. C.-S. Chen W.-H. Cheng S.-S. Lin Appl. Catal., A 2003 238 55
100. C.-S. Chen W.-H. Cheng S.-S. Lin Catal. Lett. 2000 68 45
101. J. Nakamura J. A. Rodriguez C. T. Campbell J. Phys.: Condens. Matter 1989 1 Sb149
102. C. Liu T. R. Cundari A. K. Wilson J. Phys. Chem. C 2012 116 5681
103. S.-G. Wang X.-Y. Liao D.-B. Cao C.-F. Huo Y.-W. Li J. Wang H. Jiao J. Phys. Chem. C 2007 111 16934
104. T. Bligaard J. K. Nørskov S. Dahl J. Matthiesen C. H. Christensen J. Sehested J. Catal. 2004 224 206
105. C.-S. Chen J. H. Wu T. W. Lai J. Phys. Chem. C 2010 114 15021
106. C.-S. Chen W.-H. Cheng Catal. Lett. 2002 83 121
107. T. Jin Y. Zhou G. J. Mains J. M. White J. Phys. Chem. 1987 91 5931 5937
108. D. Tibiletti A. Goguet F. Meunier J. P. Breen R. Burch Chem. Commun. 2004 1636
109. A. Goguet F. C. Meunier D. Tibiletti J. P. Breen R. Burch J. Phys. Chem. B 2004 108 20240
110. D. Ferri T. Bürgi A. Baiker Phys. Chem. Chem. Phys. 2002 4 2667
111. G. Jacobs B. H. Davis Appl. Catal., A 2005 284 31
112. A. Goguet F. Meunier J. P. Breen R. Burch M. I. Petch A. F. Ghenciu J. Catal. 2004 226 382
113. T. Gu W.-K. Lee J. W. Van Zee Appl. Catal., B 2005 56 43
114. S. Alayoglu S. K. Beaumont F. Zheng V. V. Pushkarev H. Zheng V. Iablokov Z. Liu J. Guo N. Kruse G. A. Somorjai Top. Catal. 2011 54 778
115. P. G. Jessop F. Joó C.-C. Tai Coord. Chem. Rev. 2004 248 2425
116. T. Inoue T. Iizuka K. Tanabe Appl. Catal. 1989 46 1
117. J. C. Matsubu V. N. Yang P. Christopher J. Am. Chem. Soc. 2015 137 3076
118. H. Kusama K. K. Bando K. Okabe H. Arakawa Appl. Catal., A 2001 205 285
119. K. K. Bando K. Soga K. Kunimori H. Arakawa Appl. Catal., A 1998 175 67
120. Y. Liu D. Liu Int. J. Hydrogen Energy 1999 24 351
121. B. Lu K. Kawamoto Mater. Res. Bull. 2014 53 70
122. F.-M. Sun C.-F. Yan Z.-D. Wang C.-Q. Guo S.-L. Huang Int. J. Hydrogen Energy 2015 40 15985
123. L. Wang S. Zhang Y. Liu J. Rare Earths 2008 26 66
124. L. Wang H. Liu Y. Liu Y. Chen S. Yang J. Rare Earths 2013 31 559
125. B. Lu K. Kawamoto J. Environ Chem. Eng. 2013 1 300
126. B. Lu Y. Ju T. Abe K. Kawamoto Inorg. Chem. Front. 2015 2 741
127. J. Ko B.-K. Kim J. W. Han J. Phys. Chem. C 2016 120 3438
128. D. H. Kim S. W. Han H. S. Yoon Y. D. Kim J. Ind. Eng. Chem. 2015 23 67
129. A. G. Kharaji A. Shariati M. A. Takassi Chin. J. Chem. Eng. 2013 21 1007
130. A. G. Kharaji A. Shariati M. Ostadi J. Nanosci J. Nanotechnol. 2014 14 6841
131. M. R. Gogate R. J. Davis Catal. Commun. 2010 11 901
132. M. D. Porosoff X. Yang A. J. Boscoboinik J. G. Chen Angew. Chem., Int. Ed. 2014 126 6823
133. W. Xu P. J. Ramírez D. Stacchiola J. L. Brito J. A. Rodriguez Catal. Lett. 2015 145 1365
134. T. Umegaki K. Kuratani Y. Yamada A. Ueda N. Kuriyama T. Kobayashi Q. Xu J. Power Sources 2008 179 566
135. J. Ye Q. Ge C.-J. Liu Chem. Eng. Sci. 2015 135 193
136. S. S. Kim H. H. Lee S. C. Hong Appl. Catal., B 2012 119-120 100
137. H. Sakurai A. Ueda T. Kobayashi M. Haruta Chem. Commun. 1997 271 272
138. S. S. Kim H. H. Lee S. C. Hong Appl. Catal., A 2012 423-424 100
139. D. J. Pettigrew D. L. Trimm N. W. Cant Catal. Lett. 1994 28 313
140. R. W. Dorner D. R. Hardy F. W. Williams H. D. Willauer Catal. Commun. 2010 11 816
141. Y. Liu Z. Li H. Xu Y. Han Catal. Commun. 2016 76 1
142. S.-W. Park O.-S. Joo K.-D. Jung H. Kim S.-H. Han Appl. Catal., A 2001 211 81
143. O.-S. Joo K.-D. Jung Bull. Korean Chem. Soc. 2003 24 86
144. J. Ye C. Liu Q. Ge J. Phys. Chem. C 2012 116 7817
145. L. Jia J. Gao W. Fang Q. Li J. Rare Earths 2010 28 747
146. H. Zhan F. Li P. Gao N. Zhao F. Xiao W. Wei L. Zhong Y. Sun J. Power Sources 2014 251 113
147. L. Jia J. Gao W. Fang Q. Li Catal. Commun. 2009 10 2000
148. M. A. Ulla R. A. Migone J. O. Petunchi E. A. Lombardo J. Catal. 1987 105 107
149. D. H. Kim J. L. Park E. J. Park Y. D. Kim S. Uhm ACS Catal. 2014 4 3117
150. Y. A. Daza D. Maiti R. A. Kent V. R. Bhethanabotla J. N. Kuhn Catal. Today 2015 258 691
151. Y. A. Daza R. A. Kent M. M. Yung J. N. Kuhn Ind. Eng. Chem. Res. 2014 53 5828
152. Y. A. Daza D. Maiti B. J. Hare V. R. Bhethanabotla J. N. Kuhn Surf. Sci. 2016 648 92
153. M. Najera R. Solunke T. Gardner G. Veser Chem. Eng. Res. Des. 2011 89 1533
154. R. D. Solunke G. Veser Ind. Eng. Chem. Res. 2010 49 11037
155. V. V. Galvita H. Poelman V. Bliznuk C. Detavernier G. B. Marin Ind. Eng. Chem. Res. 2013 52 8416
156. N. V. R. A. Dharanipragada L. C. Buelens H. Poelman E. D. Grave V. V. Galvita G. B. Marin J. Mater. Chem. A 2015 3 16251
157. C. Nordhei K. Mathisen I. Bezverkhyy D. G. Nicholson J. Phys. Chem. 2008 112 6531 6537
158. C. Nordhei K. Mathisen O. Safonova W. van Beek D. G. Nicholson J. Phys. Chem. 2009 113 19568
159. D. Maiti Y. A. Daza M. M. Yung J. N. Kuhn V. R. Bhethanabotla J. Mater. Chem. A 2016 4 5137
160. C. T. Campbell and K.-H. Ernst, Forward and Reverse Water-Gas Shift Reactions on Model Copper Catalysts, Surface Science of Catalysis, American Chemical Society, 1992, p. 130
161. G. Pekridis K. Kalimeri N. Kaklidis E. Vakouftsi E. F. Iliopoulou C. Athanasiou G. E. Marnellos Catal. Today 2007 127 337
162. G. Karagiannakis S. Zisekas M. Stoukides Solid State Ionics 2003 162-163 313
163. F. Solymosi J. Mol. Catal. 1991 65 337
164. J. Xu J. T. Yates Jr Surf. Sci. 1995 327 193 201
165. L. C. Wang M. Tahvildar Khazaneh D. Widmann R. J. Behm J. Catal. 2013 302 20
166. Q. Sun J. Ye C.-J. Liu Q. Ge Greenhouse Gases: Sci. Technol. 2014 4 140 144
167. D. Gamarra G. Munuera A. B. Hungría M. Fernández-García J. C. Conesa P. A. Midgley X. Q. Wang J. C. Hanson J. A. Rodríguez A. Martínez-Arias J. Phys. Chem. C 2007 111 11026
168. N. E. Nunez H. P. Bideberripe M. L. Casella G. J. Siri Curr. Catal. 2014 3 187
169. J. A. Rodriguez P. Liu D. J. Stacchiola S. D. Senanayake M. G. White J. G. Chen ACS Catal. 2015 5 6696
170. J. Graciani K. Mudiyanselage F. Xu A. E. Baber J. Evans S. D. Senanayake D. J. Stacchiola P. Liu J. Hrbek J. Fernández-Sanz J. A. Rodriguez Science 2014 345 546