Effektive elektrokemiske celler til CO2-omdannelse

Forskere ved Stanford University har udviklet elektrokemiske celler, der omdanner carbonmonoxid (CO) afledt af CO ₂ til kommercielt levedygtige forbindelser mere effektivt end eksisterende teknologier. Deres forskning, offentliggjort 25. oktober i tidsskriftet Joule , giver en ny strategi til at fange CO ₂ og omdanne det til kemiske råvarer.

CO ₂ fangst fra emissionskilder er en attraktiv mulighed for at afbøde klimaændringer, men det er en dyr proces, der høster et produkt uden kommerciel værdi. Imidlertid, videnskabsmænd kan tilføje værdi til fanget CO ₂ ved hjælp af elektrolyse, en teknik, der bruger en elektrisk strøm til at nedbryde forbindelser, at omdanne det til mere ønskværdige produkter såsom ethylen til polymerproduktion eller acetat som reagens til kemisk syntese.

"C2-produkter såsom ethylen, acetat, og ethanol er i sagens natur mere værdifulde end C1-produkter såsom metan, fordi de er alsidige kemiske råvarer, " siger seniorforfatter Matthew Kanan, en lektor i kemi ved Stanford University.

Under konvertering af CO ₂ til CO er allerede kommercielt muligt, at udvikle teknologi, der kan producere efterspurgte C2-kemikalier fra CO i industriel skala, er stadig en udfordring. Elektrolyse skal omdanne CO til produkter i høj hastighed med et lavt samlet energibehov for at være levedygtig. Tidligere elektrokemiske celler har krævet et stort overskud af CO for at opnå en høj elektrolysehastighed, hvilket resulterer i fortyndede produkter, der skal koncentreres og renses - en proces, der kræver mere energi (med større omkostninger).

De elektrokemiske celler skabt af Kanan og hans team bekæmper disse ineffektiviteter med et modificeret design, der producerer en koncentreret strøm af ethylengas og en natriumacetatopløsning 1, 000 gange mere koncentreret end produkt opnået med tidligere celler. Cellen bruger en gasdiffusionselektrode (GDE) kombineret med et omhyggeligt designet flowfelt, der i høj grad forbedrer tilførslen af ​​CO til elektrodeoverfladen og fjernelse af produkter. Holdet eliminerede også behovet for en elektrolytopløsning i cellen ved at forbinde GDE direkte med en membran. Som resultat, både ethylen og koncentreret acetatopløsning fremstilles ved elektroden og fejes ud af cellen i en enkelt dampstrøm.

"Før dette arbejde, kombinationen af ​​en høj elektrolysehastighed, høj CO-omdannelse, og koncentrerede produktstrømme ikke var blevet opnået, " siger Kanan.

Holdet er i øjeblikket ved at opskalere deres prototype for at afgøre, om designet skal ændres for at lykkes i industriel skala, med håb om, at de på sigt kan kombinere deres CO-elektrolyseceller med eksisterende teknologier til omdannelse af CO ₂ ind i CO. Enheden kan også være nyttig til udforskning af rummet, især dybe rummissioner, hvor det ikke er muligt at forsyne fra Jorden. I samarbejde med forskere ledet af John Hogan ved NASA Ames Research Center, holdet arbejder på at kombinere elektrokemisk syntese med mikrobiel biosyntese for at genbruge CO ₂ pustet ud af astronauter til mad og næringsstoffer.