Ovaj je članak pregledan u skladu s uredničkim postupcima i pravilima časopisa Science X. Urednici su naglasili sljedeće kvalitete uz osiguranje integriteta sadržaja:
Ugljikov dioksid (CO2) je i bitan resurs za život na Zemlji i staklenički plin koji doprinosi globalnom zagrijavanju. Danas znanstvenici proučavaju ugljikov dioksid kao obećavajući resurs za proizvodnju obnovljivih goriva s niskim udjelom ugljika i visokovrijednih kemijskih proizvoda.
Izazov za istraživače je pronaći učinkovite i isplative načine pretvorbe ugljikovog dioksida u visokokvalitetne ugljikove međuprodukte poput ugljikovog monoksida, metanola ili mravlje kiseline.
Istraživački tim pod vodstvom KK Neuerlina iz Nacionalnog laboratorija za obnovljivu energiju (NREL) i suradnika u Nacionalnom laboratoriju Argonne i Nacionalnom laboratoriju Oak Ridge pronašao je obećavajuće rješenje za ovaj problem. Tim je razvio metodu pretvorbe za proizvodnju mravlje kiseline iz ugljikovog dioksida korištenjem obnovljive električne energije s visokom energetskom učinkovitošću i trajnošću.
Studija pod nazivom „Skalabilna arhitektura sklopa membranske elektrode za učinkovitu elektrokemijsku pretvorbu ugljikovog dioksida u mravlju kiselinu“ objavljena je u časopisu Nature Communications.
Mravlja kiselina je potencijalni kemijski međuprodukt sa širokim rasponom primjena, posebno kao sirovina u kemijskoj ili biološkoj industriji. Mravlja kiselina je također identificirana kao sirovina za biorafiniranje u čisto zrakoplovno gorivo.
Elektroliza CO2 rezultira redukcijom CO2 do kemijskih međuprodukata poput mravlje kiseline ili molekula poput etilena kada se na elektrolitičku ćeliju primijeni električni potencijal.
Sklop membrane i elektrode (MEA) u elektrolizatoru obično se sastoji od ionski vodljive membrane (membrane za izmjenu kationa ili aniona) smještene između dvije elektrode koje se sastoje od elektrokatalizatora i ionski vodljivog polimera.
Koristeći stručnost tima u tehnologijama gorivnih ćelija i elektrolizi vodika, proučavali su nekoliko konfiguracija MEA u elektrolitičkim ćelijama kako bi usporedili elektrokemijsku redukciju CO2 u mravlju kiselinu.
Na temelju analize kvarova različitih dizajna, tim je nastojao iskoristiti ograničenja postojećih materijala, posebno nedostatak odbacivanja iona u trenutnim membranama za anionsku izmjenu, te pojednostaviti cjelokupni dizajn sustava.
Izum KS Neierlina i Leiminga Hua iz NREL-a bio je poboljšani MEA elektrolizer koji koristi novu perforiranu membranu za kationsku izmjenu. Ova perforirana membrana omogućuje dosljednu, visoko selektivnu proizvodnju mravlje kiseline i pojednostavljuje dizajn korištenjem standardnih komponenti.
„Rezultati ove studije predstavljaju paradigmatsku promjenu u elektrokemijskoj proizvodnji organskih kiselina poput mravlje kiseline“, rekao je koautor Neierlin. „Perforirana membranska struktura smanjuje složenost prethodnih dizajna i može se koristiti i za poboljšanje energetske učinkovitosti i trajnosti drugih uređaja za elektrokemijsku pretvorbu ugljikovog dioksida.“
Kao i kod svakog znanstvenog otkrića, važno je razumjeti faktore troškova i ekonomsku izvedivost. Radeći u različitim odjelima, istraživači NREL-a Zhe Huang i Tao Ling predstavili su tehno-ekonomsku analizu u kojoj su identificirani načini postizanja pariteta troškova s ​​današnjim industrijskim procesima proizvodnje mravlje kiseline kada je cijena obnovljive električne energije jednaka ili manja od 2,3 centa po kilovat-satu.
„Tim je postigao ove rezultate koristeći komercijalno dostupne katalizatore i polimerne membranske materijale, istovremeno stvarajući MEA dizajn koji iskorištava skalabilnost modernih gorivnih ćelija i postrojenja za elektrolizu vodika“, rekao je Neierlin.
„Rezultati ovog istraživanja mogli bi pomoći u pretvorbi ugljikovog dioksida u goriva i kemikalije korištenjem obnovljive električne energije i vodika, ubrzavajući prijelaz na povećanje proizvodnje i komercijalizaciju.“
Tehnologije elektrokemijske pretvorbe ključni su element NREL-ovog programa Electrons to Molecules, koji se usredotočuje na obnovljivi vodik sljedeće generacije, nulta goriva, kemikalije i materijale za električno pokretane procese.
„Naš program istražuje načine korištenja obnovljive električne energije za pretvaranje molekula poput ugljikovog dioksida i vode u spojeve koji mogu poslužiti kao izvori energije“, rekao je Randy Cortright, direktor NREL-ove strategije prijenosa elektrona i/ili prekursora za proizvodnju goriva ili kemikalija.
„Ovo istraživanje elektrokemijske pretvorbe pruža proboj koji se može koristiti u nizu procesa elektrokemijske pretvorbe i radujemo se obećavajućim rezultatima ove skupine.“
Dodatne informacije: Leiming Hu i dr., Skalabilna arhitektura sklopa membranske elektrode za učinkovitu elektrokemijsku pretvorbu CO2 u mravlju kiselinu, Nature Communications (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-43409-6
Ako naiđete na tipografsku pogrešku, netočnost ili želite poslati zahtjev za uređivanje sadržaja na ovoj stranici, upotrijebite ovaj obrazac. Za opća pitanja upotrijebite naš kontakt obrazac. Za općenite povratne informacije upotrijebite odjeljak za javne komentare u nastavku (slijedite upute).
Vaše povratne informacije su nam vrlo važne. Međutim, zbog velikog broja poruka, ne možemo jamčiti personalizirani odgovor.
Vaša adresa e-pošte koristi se samo kako bi se primateljima obavijestilo tko je poslao e-poštu. Ni vaša adresa ni adresa primatelja neće se koristiti ni u koju drugu svrhu. Podaci koje unesete pojavit će se u vašoj e-pošti i Tech Xplore ih neće pohraniti ni u kojem obliku.
Ova web stranica koristi kolačiće za olakšavanje navigacije, analizu vašeg korištenja naših usluga, prikupljanje podataka o personalizaciji oglašavanja i pružanje sadržaja trećih strana. Korištenjem naše web stranice potvrđujete da ste pročitali i razumjeli naša Pravila o privatnosti i Uvjete korištenja.