Fremskridt mod bæredygtighed:Forvandling af kuldioxid og vand til acetylen

Den foreslåede tilgang er baseret på den elektrokemiske og kemiske omdannelse af CO₂ ind i C₂ H₂ ved at anvende højtemperatursmeltede salte, nemlig chloridsmelter. Et nøgleaspekt ved processen er, at den udnytter metalcarbider, som er faste stoffer sammensat af kulstofatomer og metalatomer, som et omdrejningspunkt i omdannelsen.

"I vores strategi, CO₂ omdannes først til metalliske carbider såsom CaC₂ og Li₂ C₂ , som aflejres på en af ​​elektroderne," forklarer Dr. Suzuki. "Derefter reagerer disse metalcarbider med H₂ O, genererer C₂ H₂ gas."

For at opnå højere energieffektivitet ud af denne metode, måtte holdet teste forskellige konfigurationer, herunder forskellige elektrodematerialer og smeltede saltsammensætninger. Efter en række omfattende eksperimenter, herunder cyklisk voltammetri, kulstofkrystallinitetsanalyse og røntgendiffraktion, bestemte de, at en NaCl−KCl−CaCl₂ −CaO-smelte mættet med yderligere CaCl₂ i en CO₂ atmosfæren gav de bedste resultater. Denne særlige smelte førte til den selektive dannelse af CaC₂ omkring katoden, hvilket opnåede bedre resultater end smelter inklusive lithium.

Denne innovative strategi giver vigtige fordele i forhold til konventionelle synteseveje for C₂ H₂ . For det første kan elektroderne genbruges efter en simpel rekonditioneringsbehandling, da den ønskede reaktion sker på de aflejrede metalcarbider i stedet for direkte på elektrodeoverfladerne. En anden fordel, og måske den mest bemærkelsesværdige, er den direkte brug af CO₂ som råmateriale til fremstilling af et industrielt nyttigt og værdifuldt kemikalie.

"Den foreslåede tilgang repræsenterer en lovende teknologi til at realisere et bæredygtigt ressource- og energikredsløb uden at være afhængig af fossile brændstoffer," siger prof. Goto. "I fremtiden vil den samme teknik kunne bruges som en kulstofnegativ emissionsteknologi ved at udvinde kuldioxid fra luften og bruge det som råmateriale, især i kombination med direkte luftopsamlingsprocesser."

Med lidt held vil yderligere forskning i denne spændende metode føre til både økonomisk og miljømæssigt levedygtige måder at fremstille vigtige harpikser og kemikalier fra CO₂ , der baner vejen for bæredygtige samfund. I sidste ende vil disse bestræbelser sætte os i stand til at leve i harmoni med miljøet og samtidig bevare mange af de positive aspekter af vores moderne livsstil.

Flere oplysninger: Yuta Suzuki et al., Ny rute for acetylensyntese via elektrokemisk dannelse af metalcarbider fra CO2 i chloridsmeltninger, ACS Sustainable Chemistry &Engineering (2024). DOI:10.1021/acssuschemeng.3c08139

Journaloplysninger: ACS Sustainable Chemistry &Engineering

Leveret af Doshisha University