Ovaj članak je pregledan u skladu s uredničkim procedurama i pravilima časopisa Science X. Urednici su naglasili sljedeće kvalitete, osiguravajući pritom integritet sadržaja:
Ugljikov dioksid (CO2) je i esencijalni resurs za život na Zemlji i staklenički plin koji doprinosi globalnom zagrijavanju. Danas naučnici proučavaju ugljikov dioksid kao obećavajući resurs za proizvodnju obnovljivih goriva s niskim udjelom ugljika i visokovrijednih hemijskih proizvoda.
Izazov za istraživače je identificirati efikasne i isplative načine za pretvaranje ugljičnog dioksida u visokokvalitetne ugljične međuprodukte poput ugljičnog monoksida, metanola ili mravlje kiseline.
Istraživački tim, predvođen KK Neuerlinom iz Nacionalne laboratorije za obnovljivu energiju (NREL) i saradnicima iz Nacionalne laboratorije Argonne i Nacionalne laboratorije Oak Ridge, pronašao je obećavajuće rješenje za ovaj problem. Tim je razvio metodu konverzije za proizvodnju mravlje kiseline iz ugljičnog dioksida korištenjem obnovljive električne energije s visokom energetskom efikasnošću i izdržljivošću.
Studija pod nazivom „Skalabilna arhitektura sklopa membranske elektrode za efikasnu elektrohemijsku konverziju ugljen-dioksida u mravlju kiselinu“ objavljena je u časopisu Nature Communications.
Mravlja kiselina je potencijalni hemijski međuproizvod sa širokim spektrom primjene, posebno kao sirovina u hemijskoj ili biološkoj industriji. Mravlja kiselina je također identificirana kao sirovina za biorafiniranje u čisto avionsko gorivo.
Elektroliza CO2 rezultira redukcijom CO2 do hemijskih međuprodukata poput mravlje kiseline ili molekula poput etilena kada se na elektrolitičku ćeliju primijeni električni potencijal.
Sklop membrane i elektrode (MEA) u elektrolizeru obično se sastoji od membrane koja provodi ione (membrane za izmjenu kationa ili aniona) smještene između dvije elektrode koje se sastoje od elektrokatalizatora i polimera koji provodi ione.
Koristeći stručnost tima u tehnologijama gorivnih ćelija i elektrolizi vodika, proučavali su nekoliko konfiguracija MEA u elektrolitičkim ćelijama kako bi uporedili elektrohemijsku redukciju CO2 do mravlje kiseline.
Na osnovu analize kvarova različitih dizajna, tim je nastojao iskoristiti ograničenja postojećih materijala, posebno nedostatak odbacivanja jona u trenutnim membranama za anjonsku izmjenu, i pojednostaviti cjelokupni dizajn sistema.
Izum KS Neierlina i Leiminga Hua iz NREL-a bio je poboljšani MEA elektrolizer koji koristi novu perforiranu membranu za izmjenu kationa. Ova perforirana membrana omogućava konzistentnu, visoko selektivnu proizvodnju mravlje kiseline i pojednostavljuje dizajn korištenjem standardnih komponenti.
„Rezultati ove studije predstavljaju paradigmatsku promjenu u elektrohemijskoj 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 efikasnosti i trajnosti drugih uređaja za elektrohemijsku konverziju ugljikovog dioksida.“
Kao i kod svakog naučnog otkrića, važno je razumjeti faktore troškova i ekonomsku izvodljivost. Radeći u različitim odjeljenjima, istraživači NREL-a Zhe Huang i Tao Ling predstavili su tehno-ekonomsku analizu koja identificira načine za postizanje pariteta troškova s ​​današnjim industrijskim procesima proizvodnje mravlje kiseline kada je cijena obnovljive električne energije na ili ispod 2,3 centa po kilovat-satu.
„Tim je postigao ove rezultate koristeći komercijalno dostupne katalizatore i polimerne membranske materijale, istovremeno stvarajući MEA dizajn koji koristi skalabilnost modernih gorivnih ćelija i postrojenja za elektrolizu vodika“, rekao je Neierlin.
„Rezultati ovog istraživanja mogli bi pomoći u pretvaranju ugljičnog dioksida u goriva i hemikalije korištenjem obnovljive električne energije i vodika, ubrzavajući prelazak na povećanje proizvodnje i komercijalizaciju.“
Tehnologije elektrohemijske konverzije su ključni element NREL-ovog programa "Electrons to Molecules", koji se fokusira na obnovljivi vodonik sljedeće generacije, nulta goriva, hemikalije i materijale za električno pokretane procese.
„Naš program istražuje načine korištenja obnovljive električne energije za pretvaranje molekula poput ugljičnog dioksida i vode u spojeve koji mogu poslužiti kao izvori energije“, rekao je Randy Cortright, direktor NREL-ove strategije za prijenos elektrona i/ili prekursore za proizvodnju goriva ili hemikalija.
„Ovo istraživanje elektrohemijske konverzije pruža proboj koji se može koristiti u nizu procesa elektrohemijske konverzije, i radujemo se obećavajućim rezultatima ove grupe.“
Dodatne informacije: Leiming Hu i dr., Skalabilna arhitektura sklopa membranske elektrode za efikasnu elektrohemijsku konverziju CO2 u mravlju kiselinu, Nature Communications (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-43409-6
Ako naiđete na tipografsku grešku, netačnost ili želite podnijeti zahtjev za uređivanje sadržaja na ovoj stranici, molimo vas da koristite ovaj obrazac. Za opšta pitanja, molimo vas da koristite naš kontakt obrazac. Za opšte povratne informacije, koristite odjeljak za javne komentare ispod (slijedite upute).
Vaše povratne informacije su nam veoma važne. Međutim, zbog velikog broja poruka, ne možemo garantovati personalizovani odgovor.
Vaša adresa e-pošte koristi se samo da bi se primaocima saopštilo ko je poslao e-poštu. Ni vaša adresa ni adresa primaoca neće se koristiti u bilo koju drugu svrhu. Informacije koje unesete pojavit će se u vašoj e-pošti i Tech Xplore ih neće pohranjivati ​​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 našu Politiku privatnosti i Uslove korištenja.