Elektrokatalytisk CO₂-konvertering går frem mod storskala implementering

Global CO₂ emissioner fortsætter med at vokse og nåede 36,1 Gt i 2022, hvilket stimulerer implementeringen af ​​kulstofafgifter og påvirker energiforbruget. Den elektrokatalytiske CO₂ reduktionsreaktion (CO₂ RR) at producere kemikalier med høj værditilvækst og flydende brændstoffer bidrager til opbygningen af ​​grøn kemiteknik og kulstofneutralitet.

Årtiers forskning, såvel som fremskridt inden for katalysatordesign og elektrolyseteknik i laboratorieskala, lover storstilet udrulning af CO₂ elektrolyseteknologi.

Til praktiske anvendelser, elektrokatalytisk CO₂ RR skal udføres i en fuld celle, som desværre lider af lav CO₂ konvertering, dårlig aktivitet og stabilitet på laboratorieskala under industrirelevante strømtætheder (> 200 mA cm ^-2 ). Derfor er det udfordrende at sikre tilstrækkelig produktionseffektivitet til at reducere omkostningerne til produktadskillelse og elforbrug.

For yderligere at etablere en storstilet CO₂ elektrolysesystem, skal to dimensioner overvejes:forøgelse af enhedsarealet og mængden af ​​elektrode. Begge af dem frembringer dog normalt en udtalt forstærkningseffekt dikteret af den komplekse flerfeltskobling, herunder, men ikke begrænset til, det elektriske felt, reaktionsfelt og strømningsfelt. Denne effekt fører til et fald i reaktionens ydeevne og levetid, hvilket i sidste ende begrænser implementeringen af ​​industriel CO₂ elektrolyse med økonomiske fordele.

For nylig gav et forskerhold ledet af prof. Ye Wang og prof. Shunji Xie fra Xiamen University, Kina, betydelig indsigt i den elektrokatalytiske omdannelse af CO₂ til storstilet implementering. Deres arbejde er blevet offentliggjort i Chinese Journal of Catalysis

Denne undersøgelse giver et omfattende overblik over den multi-skala indbyrdes forbundne forskningsproces med det formål at fremme den kommercielle anvendelse af CO₂ elektrolyse. Teamet fremhæver de udfordringer, der er forbundet med at realisere højeffektiv CO₂ konvertering, der trækker på de seneste forskningsresultater.

De undersøger også fremtidsudsigterne for elektrokatalytisk CO₂ konvertering, med fokus på de nøglespørgsmål, der skal løses for dens kommercielle anvendelse.

Arbejdet påpeger, at mens storskalaelektrolyse i øjeblikket er umuligt, er CO₂ elektrokatalytisk konverteringsteknologi og dens understøttende faciliteter udvikler sig hurtigt. Dette fremskridt er ledsaget af et fald i omkostningerne til vedvarende elektrisk energi.

Forskerne understreger vigtigheden af ​​at optimere teknologien fra et omfattende perspektiv og tage fat på nøglespørgsmål i forskellige skalaer, der involverer katalysator, interface, elektrolysator og cellestack. At fokusere på et enkelt aspekt vil næppe opnå de ønskede resultater.

Når først vejspærringerne er overvundet, især med hensyn til energikonverteringseffektivitet (ECE) og levetid, CO₂ elektrolyse vil snart blive kommercielt tilgængelig. De bemærker dog også, at CO₂ elektrolyseteknologi er stadig i sin tidlige fase af anvendelser i stor skala.

Flere oplysninger: Li Lin et al., Electrocatalytic CO2-konvertering mod storskala implementering, Chinese Journal of Catalysis (2023). DOI:10.1016/S1872-2067(23)64524-3

Leveret af Chinese Academy of Sciences