Forskning har til formål at omdanne drivhusgas til værdifulde produkter med elektricitet

Forskere ved Case Western Reserve University udvikler måder at omdanne affald til brændstoffer og andre produkter ved at bruge processer, der er energieffektive og drevet af vedvarende kilder.

Mere specifikt er de tæt på at løse udfordringen med at omdanne kuldioxid (CO₂ ), en stor drivhusgas, til værdifulde kemikalier ved hjælp af elektricitet.

CO₂ kan være et nyttigt råmateriale til fremstilling af råvarekemikalier og brændstoffer. Men processen med at skabe den nødvendige reaktion er ikke let, fordi den kræver høje tryk, høje temperaturer og specielle materialer.

"Vores moderne samfund har et kritisk behov for teknologier, der kan opfange CO₂ fra affald – eller endda luft – og omdanne det til produkter under godartede forhold," sagde Burcu Gurkan, professor i kemiteknik ved Case School of Engineering. "Elektrokemisk omdannelse af kuldioxid er et uløst problem, der er mere end 150 år gammelt."

Indtil nu har forskningen hovedsageligt fokuseret på at udvikle katalysatormaterialer og forstå den energiintensive CO₂ omdannelsesreaktion i vandbaserede elektrolytter. Alligevel er der stadig udfordringer, fordi vandbaserede systemer har begrænset kapacitet til CO₂ . Derudover omfatter processen uønskede sidereaktioner, såsom brintgas-emissioner.

Men i en undersøgelse offentliggjort i efteråret i det europæiske tidsskrift Angewandte Chemie , viste Case Western Reserve-forskerholdet, at de ioniske væsker, de udviklede, effektivt fanger og omdanner CO₂ i en elektrokemisk proces.

Ioniske væsker er salte, der smelter under 100°C. Dem, som Gurkans gruppe udviklede, er flydende ved stuetemperatur. Disse ioniske væsker er også unikke ved, at de har høj kapacitet til CO₂ opfange og vedligeholde elektrokemisk stabilitet. Som et resultat opnåede holdet den ønskede elektrokemiske proces.

"Vores tilgang fokuserer på ioniske flydende elektrolytter, der kan ændre termodynamikken og produktfordelingen på grund af kinetiske effekter, som kan justeres yderligere, takket være fleksibiliteten i ionisk flydende design," sagde Gurkan.

Undersøgelsen, ledet af Oguz Kagan Coskun, en doktorand i Gurkans gruppe, kombinerede spektroskopiske og elektroanalytiske teknikker for at afsløre de grundlæggende mekanismer, der er nødvendige for ioniske væsker til at aktivere CO₂ reduktionsreaktion ved kobberelektrodens overflade.

Gruppen rapporterede, at de havde brug for mindre energi for at drive reaktionen og bemærkede, at det kunne føre til skabelsen af ​​en række industrielt relevante produkter - uden de uønskede biprodukter, der findes i den traditionelle elektrolyseproces.

Yderligere forklarer rapporten afgørende aspekter, der påvirker reaktionsmiljøets egenskaber for effektiv anvendelse af CO₂ . Denne yderligere information bidrager til en dybere forståelse af reaktionsmiljøet, især vedrørende ukonventionelle elektrolytter.

Holdet planlægger at undersøge de individuelle reaktionstrin yderligere for at informere om efterfølgende elektrolytdesign. Det endelige mål:bedre kontrol med kemikalierne fra reaktionen og fremme de elektrokemiske tilgange til CO₂ genbrug.

Flere oplysninger: Oguz Kagan Coskun et al., Skræddersying af elektrokemisk CO2-reduktion på kobber ved hjælp af reaktive ioniske væske- og native hydrogenbindingsdonorer, Angewandte Chemie (2023). DOI:10.1002/ange.202312163

Journaloplysninger: Angewandte Chemie

Leveret af Case Western Reserve University