Acest articol a fost revizuit în conformitate cu procedurile și politicile editoriale ale Science X. Editorii au subliniat următoarele calități, asigurând în același timp integritatea conținutului:
Dioxidul de carbon (CO2) este atât o resursă esențială pentru viața pe Pământ, cât și un gaz cu efect de seră care contribuie la încălzirea globală. Astăzi, oamenii de știință studiază dioxidul de carbon ca o resursă promițătoare pentru producerea de combustibili regenerabili, cu emisii reduse de carbon, și de produse chimice de mare valoare.
Provocarea pentru cercetători este de a identifica modalități eficiente și rentabile de a converti dioxidul de carbon în intermediari de carbon de înaltă calitate, cum ar fi monoxidul de carbon, metanolul sau acidul formic.
O echipă de cercetare condusă de KK Neuerlin de la Laboratorul Național pentru Energie Regenerabilă (NREL) și colaboratori de la Laboratorul Național Argonne și Laboratorul Național Oak Ridge a găsit o soluție promițătoare la această problemă. Echipa a dezvoltat o metodă de conversie pentru a produce acid formic din dioxid de carbon folosind electricitate regenerabilă, cu eficiență energetică și durabilitate ridicate.
Studiul, intitulat „Arhitectură scalabilă de ansamblu cu electrozi cu membrană pentru conversia electrochimică eficientă a dioxidului de carbon în acid formic”, a fost publicat în revista Nature Communications.
Acidul formic este un intermediar chimic potențial cu o gamă largă de aplicații, în special ca materie primă în industria chimică sau biologică. Acidul formic a fost, de asemenea, identificat ca materie primă pentru biorafinare în combustibil curat pentru aviație.
Electroliza CO2 are ca rezultat reducerea acestuia la intermediari chimici, cum ar fi acidul formic, sau molecule precum etilena, atunci când se aplică un potențial electric celulei electrolitice.
Ansamblul membrană-electrod (MEA) dintr-un electrolizor constă de obicei dintr-o membrană conductoare de ioni (membrană schimbătoare de cationi sau anioni) intercalată între doi electrozi constând dintr-un electrocatalizator și un polimer conductor de ioni.
Folosind expertiza echipei în tehnologiile pilelor de combustie și electroliza hidrogenului, au studiat mai multe configurații MEA în celule electrolitice pentru a compara reducerea electrochimică a CO2 la acid formic.
Pe baza analizei defecțiunilor diferitelor modele, echipa a căutat să exploateze limitele seturilor de materiale existente, în special lipsa respingerii ionilor în membranele schimbătoare de anioni actuale, și să simplifice designul general al sistemului.
Invenția lui KS Neierlin și Leiming Hu de la NREL a fost un electrolizor MEA îmbunătățit, folosind o nouă membrană perforată de schimb cationic. Această membrană perforată asigură o producție constantă și extrem de selectivă de acid formic și simplifică proiectarea prin utilizarea de componente standard.
„Rezultatele acestui studiu reprezintă o schimbare de paradigmă în producția electrochimică de acizi organici, cum ar fi acidul formic”, a declarat co-autorul Neierlin. „Structura membranei perforate reduce complexitatea modelelor anterioare și poate fi utilizată și pentru a îmbunătăți eficiența energetică și durabilitatea altor dispozitive electrochimice de conversie a dioxidului de carbon.”
Ca în cazul oricărei descoperiri științifice, este important să se înțeleagă factorii de cost și fezabilitatea economică. Lucrând în mai multe departamente, cercetătorii NREL Zhe Huang și Tao Ling au prezentat o analiză tehnico-economică care identifică modalități de a atinge paritatea costurilor cu procesele industriale actuale de producție a acidului formic atunci când costul energiei electrice regenerabile este egal sau mai mic de 2,3 cenți pe kilowatt-oră.
„Echipa a obținut aceste rezultate utilizând catalizatori și materiale cu membrană polimerică disponibile comercial, creând în același timp un design MEA care profită de scalabilitatea pilelor de combustie moderne și a instalațiilor de electroliză a hidrogenului”, a spus Neierlin.
„Rezultatele acestei cercetări ar putea ajuta la transformarea dioxidului de carbon în combustibili și substanțe chimice folosind electricitate regenerabilă și hidrogen, accelerând tranziția către extindere și comercializare.”
Tehnologiile de conversie electrochimică sunt un element central al programului NREL „Electrons to Molecules”, care se concentrează pe hidrogen regenerabil de generație următoare, combustibili zero, substanțe chimice și materiale pentru procese acționate electric.
„Programul nostru explorează modalități de utilizare a energiei electrice regenerabile pentru a converti molecule precum dioxidul de carbon și apa în compuși care pot servi drept surse de energie”, a declarat Randy Cortright, directorul strategiei NREL pentru transferul de electroni și/sau precursori pentru producția de combustibili sau substanțe chimice.”
„Această cercetare privind conversia electrochimică oferă o descoperire inovatoare care poate fi utilizată într-o gamă largă de procese de conversie electrochimică și așteptăm cu nerăbdare rezultate mai promițătoare din partea acestui grup.”
Informații suplimentare: Leiming Hu și colab., Arhitectură scalabilă a ansamblului de electrozi cu membrană pentru conversia electrochimică eficientă a CO2 în acid formic, Nature Communications (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-43409-6
Dacă întâmpinați o greșeală de scriere, o inexactitate sau doriți să trimiteți o solicitare de editare a conținutului acestei pagini, vă rugăm să utilizați acest formular. Pentru întrebări generale, vă rugăm să utilizați formularul nostru de contact. Pentru feedback general, utilizați secțiunea de comentarii publice de mai jos (urmați instrucțiunile).
Feedback-ul dumneavoastră este foarte important pentru noi. Cu toate acestea, din cauza volumului mare de mesaje, nu putem garanta un răspuns personalizat.
Adresa dvs. de e-mail este utilizată doar pentru a informa destinatarii cine a trimis e-mailul. Nici adresa dvs., nici adresa destinatarului nu vor fi utilizate în niciun alt scop. Informațiile pe care le introduceți vor apărea în e-mailul dvs. și nu vor fi stocate de Tech Xplore sub nicio formă.
Acest site web folosește cookie-uri pentru a facilita navigarea, a analiza utilizarea serviciilor noastre, a colecta date de personalizare a reclamelor și a oferi conținut de la terți. Prin utilizarea site-ului nostru web, confirmați că ați citit și ați înțeles Politica noastră de confidențialitate și Termenii și condițiile de utilizare.